鎳基單晶高溫合金蠕變過程中位錯組態(tài)及芯部結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)異的蠕變性能和較好的組織穩(wěn)定性，是發(fā)動機渦輪葉片的首選材料。本文設(shè)計六種Cr和Ru含量不同的鎳基單晶高溫合金，經(jīng)1100℃和137MPa下蠕變試驗，應(yīng)變量1％截斷后，借助掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡研究合金的微觀結(jié)構(gòu)，著重研究Cr和Ru單獨和交互作用下各合金的蠕變性能及影響機制，蠕變過程中位錯的演變規(guī)律，高溫合金γ相內(nèi)錯配位錯、滑移位錯、及擴展位錯形貌及芯部結(jié)構(gòu)，γ'相超位錯形貌、超分位錯的位錯鎖組態(tài)及擴展位錯組

2、態(tài)，蠕變過程中γ/γ'界面結(jié)構(gòu)及界面位錯網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進而總結(jié)鎳基單晶高溫合金蠕變過程中各類位錯強化機制，是對高溫合金位錯理論系統(tǒng)的總結(jié)和深入完善。
　　(1) Ru元素和Cr元素單獨作用使合金內(nèi)γ'相筏排化程度增強，γ/γ'界面處形成位錯網(wǎng)，蠕變性能提高。Ru和Cr交互作用對合金蠕變壽命的影響分為中Cr和高Cr兩種情況:中Cr（2.8wt.％）下添加Ru元素，合金蠕變壽命明顯延長;高Cr（5.6wt.％）下添加Ru元素，合金內(nèi)析出大量

3、TCP脆性相，蠕變性能顯著降低。本研究首次對“Ru元素的添加造成合金元素的逆分配行為，抑制TCP相的析出”這一傳統(tǒng)結(jié)論提出不同意見并分析產(chǎn)生機制。對合金設(shè)計的指導意義為:合金中添加Ru元素時可適當降低Cr元素的含量或者尋找Cr和Ru的最佳含量比。
　　(2)鎳基單晶高溫合金蠕變過程中位錯的演變規(guī)律為:蠕變第一階段初期位錯被限制在γ相內(nèi)滑移;蠕變第一階段末期、穩(wěn)態(tài)蠕變初期，位錯在γ/γ'界面處發(fā)生位錯反應(yīng)形成位錯網(wǎng);蠕變第二階段末期

4、、第三階段初期，位錯成對切入γ'相，形成超位錯。
　　(3)γ相內(nèi)錯配位錯通常位于γ/γ'界面，在錯配應(yīng)力作用下產(chǎn)生，芯部表現(xiàn)為呈“V”形分布的兩個{111}半原子面，芯部原子畸變復雜，可以看作兩刃型位錯原子芯部畸變疊加的結(jié)果，位錯強化依賴于a/2<110>型分位錯間的反向疇界(APB)?；莆诲e多為長位錯線，60°混合型，位錯段交滑移至{001}面后形成K-W鎖達到強化效果，多分布于γ基體水平通道和水平通道與垂直通道的交界處。擴

5、展位錯短而直，通過插入一層{110}型半原子面或者{111}面的不完全滑移形成，a/6<112>型分位錯間的復雜堆垛層錯(CSF)能夠使位錯滑移限制在某一{111}面內(nèi)達到強化效果。
　　(4)γ'相位錯（超分位錯）成對存在形成超位錯。超分位錯分解為Frank不全位錯和Shockley不全位錯，F(xiàn)rank不全位錯不可動，可以“鎖住”整根位錯，構(gòu)成位錯鎖組態(tài)。超分位錯分解為兩個Shockley不全位錯，CSF限制位錯運動，構(gòu)成擴展位

6、錯組態(tài)。Frank不全位錯通過插入一層{111}半原子面形成，芯部壓應(yīng)力占主體，不關(guān)于半原子面所在平面對稱。Shockley不全位錯通過{111}面的不完全滑移形成。
　　(5)蠕變過程中價'界面呈鋸齒形，穩(wěn)定性高，是位錯運動和元素擴散共同作用的結(jié)果，能有效阻礙位錯運動，是高溫合金內(nèi)位錯強化的另一表現(xiàn)方式。γ/γ'界面位錯以位錯網(wǎng)形式存在，隨蠕變過程進行，經(jīng)四邊形位錯網(wǎng)、六邊形位錯網(wǎng)到類四邊形位錯網(wǎng)演變，由疏松到細密的演變，由不穩(wěn)