鎳基單晶高溫合金蠕變過程中位錯(cuò)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(jī)渦輪葉片的首選材料。本文設(shè)計(jì)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(yàn)，應(yīng)變量1％截?cái)嗪?，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(dú)和交互作用下各合金的蠕變性能及影響機(jī)制，蠕變過程中位錯(cuò)的演變規(guī)律，高溫合金γ相內(nèi)錯(cuò)配位錯(cuò)、滑移位錯(cuò)、及擴(kuò)展位錯(cuò)形貌及芯部結(jié)構(gòu)，γ'相超位錯(cuò)形貌、超分位錯(cuò)的位錯(cuò)鎖組態(tài)及擴(kuò)展位錯(cuò)組

2、態(tài)，蠕變過程中γ/γ'界面結(jié)構(gòu)及界面位錯(cuò)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而總結(jié)鎳基單晶高溫合金蠕變過程中各類位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制，是對高溫合金位錯(cuò)理論系統(tǒng)的總結(jié)和深入完善。
　　(1) Ru元素和Cr元素單獨(dú)作用使合金內(nèi)γ'相筏排化程度增強(qiáng)，γ/γ'界面處形成位錯(cuò)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(jī)制。對合金設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義為:合金中添加Ru元素時(shí)可適當(dāng)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(cuò)的演變規(guī)律為:蠕變第一階段初期位錯(cuò)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(cuò)在γ/γ'界面處發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)形成位錯(cuò)網(wǎng);蠕變第二階段末期

4、、第三階段初期，位錯(cuò)成對切入γ'相，形成超位錯(cuò)。
　　(3)γ相內(nèi)錯(cuò)配位錯(cuò)通常位于γ/γ'界面，在錯(cuò)配應(yīng)力作用下產(chǎn)生，芯部表現(xiàn)為呈“V”形分布的兩個(gè){111}半原子面，芯部原子畸變復(fù)雜，可以看作兩刃型位錯(cuò)原子芯部畸變疊加的結(jié)果，位錯(cuò)強(qiáng)化依賴于a/2<110>型分位錯(cuò)間的反向疇界(APB)?；莆诲e(cuò)多為長位錯(cuò)線，60°混合型，位錯(cuò)段交滑移至{001}面后形成K-W鎖達(dá)到強(qiáng)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(kuò)

5、展位錯(cuò)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(cuò)間的復(fù)雜堆垛層錯(cuò)(CSF)能夠使位錯(cuò)滑移限制在某一{111}面內(nèi)達(dá)到強(qiáng)化效果。
　　(4)γ'相位錯(cuò)（超分位錯(cuò)）成對存在形成超位錯(cuò)。超分位錯(cuò)分解為Frank不全位錯(cuò)和Shockley不全位錯(cuò)，F(xiàn)rank不全位錯(cuò)不可動，可以“鎖住”整根位錯(cuò)，構(gòu)成位錯(cuò)鎖組態(tài)。超分位錯(cuò)分解為兩個(gè)Shockley不全位錯(cuò)，CSF限制位錯(cuò)運(yùn)動，構(gòu)成擴(kuò)展位

6、錯(cuò)組態(tài)。Frank不全位錯(cuò)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(cuò)通過{111}面的不完全滑移形成。
　　(5)蠕變過程中價(jià)'界面呈鋸齒形，穩(wěn)定性高，是位錯(cuò)運(yùn)動和元素?cái)U(kuò)散共同作用的結(jié)果，能有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動，是高溫合金內(nèi)位錯(cuò)強(qiáng)化的另一表現(xiàn)方式。γ/γ'界面位錯(cuò)以位錯(cuò)網(wǎng)形式存在，隨蠕變過程進(jìn)行，經(jīng)四邊形位錯(cuò)網(wǎng)、六邊形位錯(cuò)網(wǎng)到類四邊形位錯(cuò)網(wǎng)演變，由疏松到細(xì)密的演變，由不穩(wěn)