【摘要】：鎳基高溫合金不僅具有優(yōu)異的高溫蠕變性能和抗疲勞特性,而且還有良好的抗高溫氧化和抗腐蝕性能,被廣泛應用在航空發(fā)動機的關鍵熱端部件上。由于鎳基高溫合金通常含有多種難熔元素,在高溫蠕變過程中這些難熔元素會促進拓撲密排(TCP)相的析出,因此,抑制TCP相和保持合金組織穩(wěn)定性一直是提高高溫合金性能的重要研究方向。由于實際合金中元素之間的相互作用十分復雜,本文簡化合金成分,以Ni-Mo-Cr簡單組元的(γ+TCP)兩相合金取代復雜組元的(γ+γ′+TCP)三相合金作為研究對象,分別在800℃和900℃進行了不同時間的熱暴露實驗,研究該合金在熱暴露實驗過程中組織的演變過程,探尋TCP相的析出機制。本文得出的主要結論如下:1.Ni-Mo-Cr合金經過800℃不同時間熱暴露實驗后,有大量梭子狀的Ni_2(Mo,Cr)相析出,長軸尺寸約為100~200 nm,短軸尺寸約為30~50 nm。Ni_2(Mo,Cr)相與基體γ相的界面保持完全共格關系,其結構可通過Mo原子或Cr原子占據3d(220)_γ晶面來表示。Ni_2(Mo,Cr)相中Mo元素存在輕度富集,隨著熱暴露時間的延長,Mo和Cr元素含量都輕微增大。Ni_2(Mo,Cr)超點陣相與基體γ相之間存在四種取向關系:[010]_(Ni2(Mo,Cr))//[001]γ,(002)_(Ni2(Mo,Cr))//(220)γ;[010]Ni_2(Mo,Cr)//[001]γ,(002)Ni_2(Mo,Cr)//(2(?)0)γ;[111]Ni_2(Mo,Cr)//[112]γ,(0(?)1)Ni_2(Mo,Cr)//((?)11)γ和[1(?)1]_(Ni2(Mo,Cr))//[112]_γ,(011)_(Ni2(Mo,Cr))//((?)3(?))_γ。在800℃/20 h的熱暴露實驗中,除了Ni_2(Mo,Cr)相外,還存在少量富Mo相和微量μ相。2.Ni-Mo-Cr合金在900℃熱暴露實驗中析出的TCP相均為μ相,且顯著富含Mo元素而貧Cr元素。μ相與基體γ相之間存在[1(?)0]_μ//[110]_γ,(110)_μ//(200)_γ的取向關系。析出的μ相形貌多為棒狀和塊狀,同時有少量μ相以枝狀形貌出現。部分μ相的內部存在著大量的面缺陷,μ相的生長可能通過不斷增加面缺陷的數量來實現。
【圖文】：

隨著航空航天技術的飛速發(fā)展，高溫合金的應用也越來越廣泛。合金主要應用于航空發(fā)動機和燃氣渦輪機的四大熱端部件：導向器、渦輪盤以及燃燒室[3,4]。高溫合金是指能同時承受 600℃以上高溫和較大復雜應力的一種組和合金化高的鎳基、鐵基和鈷基奧氏體金屬材料。高溫合金普遍含有素，具有優(yōu)異的高溫強度以及良好的抗疲勞、抗氧化、抗熱腐蝕性能稱為超合金（superalloy）[5-7]。鎳基高溫合金與鐵基高溫合金和鈷基比具有以下優(yōu)勢，如：能在更高溫度和應力下工作，服役過程中組織相析出較少，抗氧化、抗熱腐蝕能力強及較高的抗蠕變性能等[8]。鎳的這些優(yōu)異特性使之成為一種絕佳的高溫結構材料，被廣泛應用。鎳基高溫合金的發(fā)展歷程如圖 1-1 所示。該圖表明，鎳基高溫合金自共經歷了四個不同發(fā)展階段，分別是：通過加工硬化提高強度的變形組織主要為等軸晶的鑄造高溫合金[7,9]；通過定向凝固技術去除微弱鑄造高溫合金[10]和在定向凝固技術上通過選晶法徹底消除晶界的單。

圖 1-2 高溫合金中的合金組織[20]Fig.1-2 The microstructure of nickel-based single crystal superalloys[20].γ 相是面心立方結構的鎳的固溶體，占合金總體積分數的 30%~40% 1-3(a)所示。在實際合金中 Mo、W、Re、Co 和 Cr 等元素在 γ 相中高。γ′相是一種有序的金屬間化合物，在鎳基高溫合金中起主要強化積分數占合金總體積分數的 60%~70%，主要成分為 Ni3Al，它的晶體構，由面心立方結構衍生而來。Ni3Al 的單胞中有 4 個原子，其中 處于晶胞的 6 個面心位置，1 個 Al 原子占據了晶胞的 8 個頂點位置)所示。常見的 γ′相形成元素為 Al、Ta、Nb、Ti 和 Hf 等。γ′相與 γ 數差別很小，兩相的錯配度小，因此 γ′相沿著 γ 基體的(001)面共格析
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V252;TG132.3

【參考文獻】

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1 李愛蘭,曾燮榕,曹臘梅,湯鑫,蓋其東;航空發(fā)動機高溫材料的研究現狀[J];材料導報;2003年02期

2 徐強,張幸紅,韓杰才,赫曉東;先進高溫材料的研究現狀和展望[J];固體火箭技術;2002年03期

3 陳榮章;單晶高溫合金發(fā)展現狀[J];材料工程;1995年08期

4 葉恒強,李斗星,郭可信;高溫合金中的拓撲密堆相:新相及疇結構[J];金屬學報;1986年01期

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本文編號：2621976