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元素W对单晶镍基合金组织稳定性及蠕变性能的影响

作　者: 夏丹
导　师: 田素贵
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料学
关键词: 单晶镍基合金元素W TCP相晶格错配度蠕变性能
分类号: TG146.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

采用Nv和Md法对不同W含量镍基合金进行优化成分设计及TCP相的析出倾向预测;通过合金制备、合金的热处理、X射线衍射分析,研究了元素W含量对合金TCP相析出倾向及晶格常数和错配度的影响;通过不同W含量单晶合金的制备、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了元素W含量对镍基单晶合金组织稳定性及蠕变性能的影响。结论表明:当合金中Mo、W、Ta、Al等元素加入量与总加入量的比值大于60%,有TCP相析出;确定出:采用Md和Nv法进行高W镍基合金成分设计时的Md＞0.98、Nv＞2.10有TCP相析出。经1040℃时效50h后,合金中的TCP相沿{111}晶面呈片状析出,在不同晶面多组针状TCP相可相互垂直、或互成60°角排列,并确定出析出的TCP相为μ相。随W含量增加,合金中γ′、γ两相的晶格常数增加,晶格错配度由负值转变为正值;经完全热处理后,合金中γ′、γ两相具有较小的晶格错配度,经高温拉伸蠕变后,其γ基体相的晶格常数增大,使其错配度的绝对值增加。铸态合金中元素的偏析特征是:元素Al、Ta、W富集于枝晶干,元素Mo、Cr、Co等富集于枝晶间,经1325℃高温固溶处理可明显降低元素在合金中的偏析程度。合金中的组织缺陷可明显降低合金的蠕变寿命;提高固溶温度及元素W含量,以提高元素的均匀化程度和固溶强化效果,因此,可有效提高合金蠕变性能。在高温蠕变期间,单晶合金表现出较强的应力和温度敏感性;在实验的温度和应力范围内,计算出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=426.96kJ/mol和n=4.38。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-26
  1.1 高温合金的发展  10-13
    1.1.1 铸造高温合金的发展  10-12
    1.1.2 定向凝固及单晶合金  12-13
  1.2 国内外镍基单晶合金的发展与现状  13-18
    1.2.1 成分特征  13-16
    1.2.2 相组成特征  16-17
    1.2.3 单晶高温合金的发展趋势  17-18
  1.3 镍基单晶合金的组织与性能  18-24
    1.3.1 热处理特征  18-20
    1.3.2 强化机制  20-22
    1.3.3 持久变形  22-24
    1.3.4 高温性能  24
  1.4 本课题的目的、意义和内容  24-26
第二章实验材料与方法  26-29
  2.1 实验材料及样品制备  26-27
  2.2 实验设备  27
  2.3 实验内容及方法  27-29
    2.3.1 合金成分设计及TCP相析出倾向预测  27
    2.3.2 单晶合金枝晶臂/间的组织形貌及成分分析  27
    2.3.3 单晶合金的制备及热处理工艺的确定  27-28
    2.3.4 晶格常数及晶格错配度的计算  28
    2.3.5 完全热处理态合金高温拉伸蠕变曲线的测定  28
    2.3.6 单晶镍基合金的蠕变性能测试及组织形貌观察  28-29
第三章实验结果与分析  29-62
  3.1 合金成分设计及TCP相析出倾向预测  29-32
    3.1.1 Nv法  29-30
    3.1.2 Md法  30-31
    3.1.3 不同W含量的合金成分设计及TCP相的析出倾向预测  31-32
  3.2 镍基合金的制备及时效期间的组织演化  32-37
    3.2.1 镍基合金的制备  32-33
    3.2.2 含W合金中TCP相的析出倾向验证及分析  33-34
    3.2.3 时效处理对镍基合金组织结构的影响  34-36
    3.2.4 TCP相的形貌及结构表征  36-37
  3.3 合金中γ′、γ两相的晶格常数及错配度  37-42
    3.3.1 利用X射线衍射分析计算晶格错配度  38
    3.3.2 元素W含量对镍基合金晶格常数及错配度的影响  38-40
    3.3.3 处理工艺对合金中γ′,γ,两相晶格常数和错配度的影响  40-42
  3.4 镍基单晶合金的制备及热处理对组织结构的影响  42-47
    3.4.1 镍基单晶合金的制备及枝晶形貌  42-43
    3.4.2 镍基单晶合金的DSC曲线及分析  43-44
    3.4.3 热处理对镍基单晶合金组织结构的影响  44-46
    3.4.4 热处理对枝晶间/臂成分均匀化的作用  46-47
  3.5 单晶合金的拉伸蠕变行为  47-55
    3.5.1 镍基单晶合金的拉伸蠕变特征  47-48
    3.5.2 拉伸蠕变方程与蠕变激活能  48-50
    3.5.3 单晶合金在拉伸蠕变期间的组织演化  50-52
    3.5.4 单晶合金在蠕变期间的变形特征  52-53
    3.5.5 稳态蠕变期间位错攀移的理论分析  53-55
  3.6 单晶合金蠕变寿命的影响因素  55-62
    3.6.1 热处理对合金蠕变寿命的影响  55-57
    3.6.2 W含量对单晶合金蠕变寿命的影响  57-58
    3.6.3 组织缺陷对合金蠕变寿命及组织演化的影响  58-62
第四章结论  62-63
参考文献  63-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

元素W对单晶镍基合金组织稳定性及蠕变性能的影响

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