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元素Re对镍基单晶合金中温蠕变性能的影响

作 者: 曾征
导 师: 田素贵;尚丽娟
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 材料学
关键词: 单晶镍基合金 元素Re 成分偏析 组织结构 蠕变 变形机制
分类号: TG146.15
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 63次
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内容摘要


本文通过对有/无元素Re单晶镍基合金进行不同工艺热处理、蠕变性能测试、及SEM/EDS成分分析,研究了元素Re及固溶温度对合金成分偏析及蠕变性能的影响,通过TEM微观形貌观察及位错组态的衍衬分析,研究了有/无元素Re单晶合金在中温蠕变期间的变形机制。结果表明,元素Re可明显提高合金中元素在枝晶间/干区域的偏析程度,并提高Al、Ta等元素在γ′、γ两相中的分配比值,降低元素W、Co在γ′、γ两相中的分配比值。与无Re单晶合金相比,4.5%Re合金具有更好的蠕变抗力。提高合金的固溶温度,可以降低元素的偏析程度,提高合金的蠕变性能。在实验的温度和应力范围内,无Re合金在稳态期间的蠕变激活能及应力指数分别为:Q1 = 483.6 kJ/mol和n1 = 10;而4.5%Re合金在稳态期间的蠕变激活能及应力指数分别为:Q2 = 522.6 kJ/mol和n2 = 15。在中温/高应力蠕变期间,无Re和4.5%Re单晶合金中的γ′相不发生筏形化转变,其中,无Re合金中原规则立方γ′相的边角已经钝化成球状,而4.5%Re合金中的γ′相仍保持高的立方度。在稳态蠕变期间,合金的变形机制均是(1/2)<110>位错在基体中运动及<110>超位错剪切γ′相。有无元素Re单晶合金蠕变断裂后,在样品的不同区域γ′相具有不同的形貌,在远离断口区域,γ′相仍为立方体形貌,排列较为规则,在近断口区域γ′相尺寸及扭曲程度增加,其原因是γ′相变形程度增大所致。其中,切入γ′相内的<110>超位错可发生分解,形成(1/3)<112>不全位错+层错的位错组态,该位错组态可抑制位错的交滑移,提高合金的蠕变抗力;切入γ′相内<110>超位错的初始滑移面为{111},随蠕变进行,<110>超位错可由{111}面交滑移到(010)面,形成K-W锁的位错组态,该非平面芯的位错结构可有效抑制位错在{111}面滑移,是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 高温合金的概述  10-11
  1.2 高温合金的分类  11-15
    1.2.1 钴基高温合金  11
    1.2.2 铁基高温合金  11
    1.2.3 镍基高温合金  11-12
    1.2.4 铸造高温合金  12-15
  1.3 元素的作用及其对合金性能的影响  15-18
    1.3.1 元素Co 对合金性能的影响  15-16
    1.3.2 元素Cr 对合金性能的影响  16
    1.3.3 元素W 和Mo 对合金性能的影响  16-17
    1.3.4 元素Al 和Ti 对合金性能的影响  17
    1.3.5 元素Re 对合金性能的影响  17-18
  1.4 单晶镍基合金  18-22
    1.4.1 单晶镍基合金的相组成  18-20
    1.4.2 单晶镍基合金的发展进程  20-21
    1.4.3 国内外单晶合金的研究动态  21-22
  1.5 合金在蠕变期间的变形机制  22-23
  1.6 本课题的目的、意义及设想  23-24
    1.6.1 本课题的目的及意义  23
    1.6.2 研究工作的设想  23-24
第二章 实验材料与方法  24-28
  2.1 实验材料及样品制备  24-26
  2.2 实验设备  26
  2.3 实验内容及方法  26-28
第三章 实验结果与分析  28-51
  3.1 元素Re 对枝晶成分偏析的影响  28-30
    3.1.1 无Re 合金的枝晶成分偏析  28-29
    3.1.2 含Re 合金的枝晶成分偏析  29-30
  3.2 热处理对成分偏析及组织形貌的影响  30-34
    3.2.1 热处理对合金成分偏析的影响  30-31
    3.2.2 热处理对组织形貌的影响  31-33
    3.2.3 元素在γ′/γ两相中的平衡分布及热力学分析  33
    3.2.4 元素Re 对γ′/γ两相平衡分布的影响  33-34
  3.3 合金的蠕变特征  34-38
    3.3.1 无Re 合金的中温蠕变性能  34-35
    3.3.2 固溶温度对4.5%Re 单晶合金蠕变性能的影响  35-37
    3.3.3 元素Re 对单晶合金蠕变性能的影响  37-38
  3.4 蠕变方程与相关参数  38-40
    3.4.1 蠕变方程  38-39
    3.4.2 蠕变激活能与相关参数  39-40
  3.5 蠕变期间的组织演化  40-42
  3.6 蠕变期间变形机制  42-51
    3.6.1 蠕变期间的微观变形特征  42-44
    3.6.2 位错组态的衍衬分析  44-48
    3.6.3 γ′相内位错分解的理论分析  48-51
第四章 结论  51-52
参考文献  52-55
在学研究成果  55-56
致谢  56

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 重有色金属及其合金 >
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