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元素Re对镍基合金组织稳定性及蠕变性能的影响

作 者: 李唐
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Re TCP相 晶格错配度 蠕变
分类号: TG113.25
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 216次
引 用: 1次
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内容摘要


本文采用Md法和Nv法预算了5种镍基合金TCP相的析出倾向,通过对合金进行长期时效及组织形貌观察,研究了含Re合金中TCP相的演化规律;通过X-射线衍射分析及单晶镍基合金蠕变曲线的测定,研究了元素Re含量对合金晶格常数及错配度的影响及单晶合金的蠕变行为。结果表明:元素W、Re可强烈促进TCP相析出,高Re、W合金在1100℃长期时效期间,TCP相沿{111}晶面<110>方向以共格方式呈片状析出,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。在μ相析出的初始阶段,由于μ/γ′两相共格界面应变能的作用,使μ相沿γ′相的{111}晶面呈薄片状析出,且随μ相的厚度增加,晶格应变能增大。随时效时间延长,片状μ相厚度增加至一定尺寸,使两相界面失去共格,并导致晶格应变能降低;之后,按界面能最小原理,可使μ相逐渐熔断直至发生球化。随片状μ相的增厚,在出现沟槽的局部区域导致元素W、Re的化学位提高,而μ相不同区域的化学位之差可促使元素扩散,导致μ相分解;晶格应变能和界面能的变化是μ相沟槽不断加深及发生球化的驱动力。随元素Re含量的增加,合金中γ′、γ两相的晶格常数增加,但晶格错配度的绝对值减小;随温度提高,合金的晶格常数增大,晶格错配度的绝对值增加。在高浓度W、Re单晶合金的蠕变期间析出较多TCP相,可消耗难熔元素,故降低γ′、γ两相的固溶强化程度,并使筏状γ′相中断,致使合金具有较高的应变速率和较短的蠕变寿命,测定出该合金在稳态蠕变期间的蠕变激活能为:Q=413.3kJ/mol。与高浓度W、Re单晶合金比较,低浓度W、Re单晶合金具有较低的应变速率和较长的蠕变寿命,其中具有较高强度的筏状γ′相与应力轴方向垂直,可有效阻碍位错运动,是合金具有较高蠕变抗力和较长蠕变寿命的主要原因。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 镍基高温合金的发展状况  10-12
  1.2 镍基单晶合金发展概述  12-15
  1.3 单晶镍基合金中的相组成  15-17
  1.4 单晶镍基高温合金中元素的作用  17-20
  1.5 镍基合金的高温蠕变行为  20-23
  1.6 含铼镍基单晶合金的研究现状  23-25
  1.7 本文的目的、意义和内容  25-26
第二章 实验材料与方法  26-28
  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  27-28
    2.3.1 合金热处理及长期时效  27
    2.3.2 TCP相的析出形貌及晶体学分析  27
    2.3.3 合金中γ'、γ两相的晶格常数及错配度  27
    2.3.4 镍基单晶合金的拉伸蠕变曲线测定  27-28
第三章 实验结果与分析  28-59
  3.1 合金成分设计及TCP相的析出倾向预测  28-32
    3.1.1 电子空位法  28-29
    3.1.2 Md法  29-30
    3.1.3 TCP相的析出倾向预测与验证  30-32
  3.2 热处理及时效对镍基合金组织形貌的影响  32-35
    3.2.1 铸态合金的组织结构  32-33
    3.2.2 系列镍基合金的热处理工艺  33
    3.2.3 热处理对镍基合金组织形貌的影响  33-34
    3.2.4 时效时间对γ'相形貌和尺寸的影响  34-35
  3.3 TCP相的析出形貌及晶体学分析  35-39
    3.3.1 TCP相的形貌特征及相分析  35-37
    3.3.2 TCP相在时效期间的演化  37-38
    3.3.3 TCP相的结构特征  38-39
  3.4 μ相球化过程的热力学分析  39-44
    3.4.1 μ相的球化及产生的附加压力  39-40
    3.4.2 μ相附加压力对元素在γ'相中溶解度的影响  40-41
    3.4.3 元素扩散及μ相分解的影响因素  41-42
    3.4.4 μ相球化的驱动力  42-44
  3.5 合金中γ'、γ两相的晶格常数及错配度  44-48
    3.5.1 利用X射线衍射分析计算晶格错配度  44-45
    3.5.2 元素Re含量对镍基合金晶格常数及错配度的影响  45-47
    3.5.3 两种方法测算晶格错配度的比较  47-48
  3.6 镍基单晶合金的拉伸蠕变行为  48-55
    3.6.1 单晶合金制备及热处理工艺的制定  48-50
    3.6.2 单晶镍基合金的拉伸蠕变特征  50-51
    3.6.3 单晶合金拉伸蠕变断裂后不同区域的形貌特征  51-53
    3.6.4 单晶合金拉伸蠕变期间的变形特征  53-54
    3.6.5 蠕变方程与蠕变激活能  54-55
  3.7 不同镍基单晶合金的蠕变行为比较  55-59
    3.7.1 TCP相对单晶合金蠕变性能的影响  56-57
    3.7.2 元素Re对单晶合金蠕变性能的影响  57-59
第四章 结论  59-60
参考文献  60-64
在学研究成果  64-65
致谢  65

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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 > 金属学(物理冶金) > 金相学(金属的组织与性能) > 金属的性能 > 机械性能(力学性能)
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