靜電場下鎳基變形高溫合金GH4169組織演化機理研究.pdf

1、高溫合金是國家科技發(fā)展水平及國防能力的標(biāo)志性重要金屬材料，一直以來廣受世界材料界的關(guān)注。但隨著社會和國防工業(yè)的不斷發(fā)展，對高溫合金性能要求不斷提高。為此，近年來利用能量密度高、可精確控制、應(yīng)用成本低及環(huán)保的靜電場處理，改善高溫合金化組織與性能成為研究之熱點，但靜電場下高溫合金組織演化機理尚未澄清，本文以我國航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的鎳基變形高合金GH4169為對象，借助掃摘電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、內(nèi)耗及正電子湮沒等分析技術(shù)，研究了靜

2、電場時效對合金的組織演化影響和機理，以期為實現(xiàn)靜電場下高溫合金的組織有效控制與強韌化提供基礎(chǔ)。
　　研究所獲主要結(jié)論如下：
　　(1)靜電場有效地促進了GH4169合金時效中原子的熱運動，誘發(fā)合金空位數(shù)量的大幅上升、平均尺寸增加。
　　(2)靜電場誘發(fā)GH4169合金時效中的單空位定向遷移所形成的空位流，并促進了單空位向空位團簇的轉(zhuǎn)化，由此加速析出相的粗化。在1023K和1073K時效下施加6kV/cm靜電場，合金中γ

3、'相和γ"相的粗化過程服從LSW擴散控制規(guī)律，γ'相和γ"相的長大激活能分別為115.6kJ·mol-1和198.1kJ·mol-1，與常規(guī)時效處理時的相比，分別下降了52.2％和30.6％。同時，靜電場加速了Al和Nb原子的短程擴散，使其在基體中的擴散系數(shù)升高，達到其在未加電場時效擴散系數(shù)的1.6～5.0倍。
　　(3)對板狀GH4169合金時效中施加靜電場，在試樣內(nèi)電場強度在D層達到均勢，即產(chǎn)生由試樣D層分別向上下表面遷移的空

4、位流，由此誘發(fā)了Fe和Cr原子在D層的偏聚。偏聚的大量Fe和Cr原子使合金晶格產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，從而引起此層合金的硬化。
　　(4)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理GH4169合金在798K進行保溫10h的8kV/cm靜電場處理，合金基體中空位數(shù)量大幅增加，具有較高的缺陷能。在10-4s-1和10-2s-1應(yīng)變速率下進行室溫拉伸，由靜電場處理誘發(fā)的晶格畸變和增多的間隙原子對較低運動速率的位錯產(chǎn)生了明顯的阻礙作用，使合金屈服強度和抗拉強度提高。在室溫低應(yīng)

5、變速率拉伸時，在試樣頸縮區(qū)域，累積的應(yīng)變能和初始較高的缺陷能使該區(qū)域內(nèi)能大幅提升，為局部原子的重新排列提供了能量，合金晶粒發(fā)生碎化，得到均勻細(xì)小的晶粒。
　　(5)靜電場處理誘發(fā)的大量間隙原子對位錯滑移的阻礙作用與基體中位錯的運動速率密切相關(guān)。位錯運動速率越低，其阻礙作用越顯著，使靜電場處理GH4169合金低應(yīng)變速率（10-4s-1和10-2s-1）拉伸的應(yīng)變速率敏感指數(shù)為-0.011。在室溫高應(yīng)變速率（102s-1和103s-1

6、）拉伸過程中，位錯運動速率大幅提高，間隙原子對位錯滑移的阻礙作用變得極其微弱，由于多滑移系的開動，位錯密度隨應(yīng)變速率的升高不斷增加，靜電場處理GH4169合金的應(yīng)變速率敏感指數(shù)上升。
　　(6)由于靜電場誘發(fā)GH4169合金間隙原子的大量增多，促進了間隙原子對位錯的釘扎，因此，在923K、10-2s-1拉伸時，合金發(fā)生動態(tài)應(yīng)變時效表現(xiàn)出了形成激活能較高的B型鋸齒波。這是由于前期的靜電場處理使GH4169合金發(fā)生動態(tài)應(yīng)變時效的形成激