| 题名 | 几种含铼单晶高温合金中μ相的析出行为及其影响 |
| 作者 | 成魁宇 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-04-09 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 胡壮麒 |
| 关键词 | 含铼镍基单晶高温合金 铼的作用 μ相 应力时效 蠕变。 |
| 其他题名 | Precipitation behavior and role of μ phase in several Re-containing single crystal superalloys |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 本文研究了高温合金CMSX-4、R0、R1和R3中μ相的析出行为及其对合金力学性能的影响。合金R0、R1和R3是由中国科学院金属研究所（IMR）和韩国材料科学研究所（KIMS）根据合金CMSX-4的成分共同设计的。其中，合金R0的成分是用1.5%wt.Cr和3%wt.W取代合金CMSX-4中的3%wt.Re，而合金R1和R3是通过分别向合金R0中加入1%wt.Re和3%wt.Re而得到的。论文重点研究了μ相的转变过程、固有特征、转变过程中所依赖的影响因素（包括温度-时间、成分和应力）以及它在蠕变过程中的作用。实验中主要用到了光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线仪、电子探针和蠕变仪等设备。μ相的标定借助于软件Desktop Microscopist的帮助。 μ相的主要成分为Ni、Cr、Co、W和Re元素，其中W元素在μ相中占有很大的比重。Cr和Co元素在μ相中的含量相对稳定，而Ni、W和Re元素的含量则有较大的波动。相对于时效初期的μ相，时效后期μ相中难熔合金元素含量明显增多，而高温时析出的μ相成分相对于低温时析出的μ相成分，难熔合金元素含量也明显增多。W和Re占据μ相原型B7A6中的A原子位，Cr和Co占据μ相原型B7A6中的B原子位，而Ni则同时占据μ相原型B7A6中的A和B原子位。 随着Re元素含量的逐步提高，合金R0，R1和R3的组织稳定性逐渐降低，高温时效时析出的TCP相明显增多。但是Re的加入没有改变TCP相的类型，合金中的TCP相都为μ相。Re元素的加入改变了μ相成分从而提高μ相形成温度，加快了较高温度下（C曲线鼻尖温度附近）μ相的形核以及促进较低温度下（850oC以下）μ相的析出，使μ相的形核在850oC至C曲线鼻尖附近温度的范围内受到了一定的抑制。 除了对Mo元素以外，Re元素的加入并没有明显影响其它合金元素在合金中的枝晶偏析。但Re能够稳定或增强其它合金元素在γ/γ΄相中各自的偏析程度；随着Re元素的增多，γ基体中的W含量增高，而Cr含量明显降低。这是三个合金随着Re含量的增加，合金组织不稳定性加剧，易于μ相析出的根本原因。 γ'相的演变能够影响时效时μ相的形核、长大方式以及其在蠕变过程中的断裂行为。由于主要析出相γ΄相的影响，μ相在高温合金中的形核要比长大对温度的依赖性强：低温下，μ相形核慢而长大较快，所以形成片状；而较高温度下μ相形核率很大，μ相颗粒生长聚集在一起并互相影响，大块的以及棒状的μ相颗粒明显增多，形貌多样化。μ相颗粒的宏观形貌与它们和基体的取向关系相关： 片状μ相—— <1-100>μ//<110>γ或<11-20>μ//<110>γ或<11-20>μ//<112>γ，因为在{0001}μ//{111}γ 界面上共格关系好。 棒状μ相——在棒状μ相形核与长大的过程中，μ相的低指数晶面{1-210}μ和 {1-100}μ与γ/γ'基体的低指数晶面{001}γ/γ'、{011}γ/γ'、{112}γ/γ'和{111}γ/γ'保持一定的共格关系，并且沿着<0001>μ或<110>γ方向生长。<1-100>μ与<110>γ偏离大概2.26~2.5o。 不规则块状μ相——无特定的取向关系。 μ相的析出量，大小和形貌都是影响合金蠕变性能的重要因素。大片的μ相阻碍了γ/γ′两相组织的连续性，导致合金蠕变过程中变形的不均匀。棒状μ相在蠕变变形中的作用取决于蠕变速率，而蠕变速率则与高温合金中主要的强化相γ'密切相关。蠕变过程中棒状μ相的断裂并不是由于应力集中，而是由于形变不协调性。与γ'相的演变相比，棒状μ相或是通过“软化”γ基体或是通过阻碍γ/γ'两相组织连续性的方式影响合金性能的作用都是很小的；大颗粒的μ相虽然能够引起应力集中但不足以导致裂纹的萌生。μ相影响合金的蠕变性能主要是在蠕变初期，而不是后期通过产生裂纹导致合金破坏。但是μ相能够降低合金的延伸率。 高温时效时，外加应力的大小和方向，合金本身由于成分偏析存在的内应力以及γ΄相的演变能够影响μ相的析出。由于内应力的影响，当对试样施加较小的外应力时μ相的析出量相对无应力时效时会有明显的变化，而后随拉应力的增加μ相的析出量相对增多，压应力则相反。外应力能够通过影响合金基体的晶格来影响γ/μ两相之间的界面错配关系，从而抑制或促进μ相的析出。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 123 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17215]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 成魁宇. 几种含铼单晶高温合金中μ相的析出行为及其影响[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
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