本文關(guān)鍵詞：不同取向某種鎳基單晶合金的蠕變行為及影響因素

  更多相關(guān)文章： 鎳基單晶合金 蠕變 微觀組織 變形機制 預(yù)壓縮 蠕變抗力

【摘要】：本文通過對不同取向某種鎳基單晶合金的蠕變性能測試和組織形貌觀察,研究了不同取向單晶合金的蠕變行為及影響因素；通過對不同取向合金進行橫向預(yù)應(yīng)力處理,研究了預(yù)先筏形化對合金蠕變行為的影響；通過微觀形貌觀察和位錯組態(tài)的衍襯分析,研究了[001]取向合金在中溫蠕變期間的變形機制。得出主要結(jié)論如下：不同取向單晶合金經(jīng)完全熱處理后,其組織結(jié)構(gòu)為立方γ'相以共格方式鑲嵌在γ基體,并沿100取向規(guī)則排列。其中,[011]取向合金中存在與[011]應(yīng)力軸成45°角的‘'roof"基體通道(γr(010)和γr(o01),及與應(yīng)力軸平行的"gable"基體通道Yg(100)。而[111]取向合金中存在與[111]取向成55°角的"semi-roof"基體通道γsr(001)、γsr(010)和γsr(100)。在室溫==1040℃溫度范圍內(nèi),合金中γ'/γ兩相具有負(fù)的錯配度,且隨溫度提高,合金的錯配度增大。在1040℃/137MPa穩(wěn)態(tài)蠕變期間,[001]取向合金中γ'相沿垂直于拉伸應(yīng)力軸方向形成類篩網(wǎng)片層狀筏形組織,γ基體相充填在筏狀γ'相之間；[011]取向合金中γ'相沿[001]方向形成了一維類纖維筏狀組織,7r(0011基體通道消失,而γr(010)和γg(100)基體通道得以保留；[111]取向合金中γ'相沿(010)晶面在二維形成片層狀筏形組織,γsr(010)基體通道得以保留。在施加載荷的高溫蠕變期間,不同晶面的晶格擴張和收縮是合金中γ,相形態(tài)演化的重要原因。在1040℃/137MPa穩(wěn)態(tài)蠕變期間,不同取向單晶合金的變形機制均為位錯在基體通道中運動。其中,位錯攀移是[001]取向合金的主要變形機制,位錯在7r(010)基體通道中滑移是[011]取向合金的主要變形機制,位錯在γsT(010)基體通道中滑移和交滑移是[111]取向合金的主要變形機制。高溫穩(wěn)態(tài)蠕變期間,不同取向合金的內(nèi)摩擦應(yīng)力順序為σi[001]σi[111]σi[011],合金的蠕變抗力順序為[001][111][011]。其中,[001]取向合金的有效蠕變激活能為Qe[001]= 281.32kJ/mol,穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形機制為擴散控制的位錯攀移,合金中γ'相沿(001)晶面形成的類篩網(wǎng)片層狀筏形組織對位錯運動具有阻礙作用,是使其具有較大蠕變抗力的主要原因。[011]和[111]取向單晶合金的有效蠕變激活能分別為Qe[011]=146.87kJ/mol和Qe[111]=182.61kJ/mol,位錯在基體通道中滑移和交滑移具有較小的阻力是合金具有較低蠕變抗力的主要原因。[001]取向單晶合金在760℃/760MPa和800℃/650MPa穩(wěn)態(tài)蠕變期間,切入γ'相的位錯可發(fā)生分解,形成“a/3112不全位錯+超點陣內(nèi)稟層錯(SISF)+a/6112不全位錯”的位錯組態(tài)。其中,a/3112超肖克萊不全位錯可擴展進入γ'相內(nèi),而a/6112肖克萊不全位錯可滯留在γ'/γ兩相界面,SISF存在于兩不全位錯之間；測定出合金在800℃的層錯能是89.9mJ/m2,650MPa為該溫度下a/3112不全位錯切入γ'相的門檻應(yīng)力。[001]取向單晶合金在760℃和800℃蠕變期間,剪切進入γ'相的a110超位錯可由{111}面交滑移至{100}面,形成具有非平面芯結(jié)構(gòu)的K-W位錯鎖,是合金具有較好蠕變抗力的原因之一：而在850℃/500MPa蠕變期間,剪切進入γ'相的a110超位錯可分解,形成“(a/2)110不全位錯+反相疇界(APB)”的位錯組態(tài),高溫?zé)峒せ羁纱偈筀-W鎖中的位錯重新激活,交滑移至{111}面,是合金在850℃蠕變期間K-W鎖消失的主要原因。[001]取向單晶合金在1040℃/180MPa沿[100]取向預(yù)壓縮處理38h,γ'相轉(zhuǎn)變成與[100]取向平行的類纖維筏狀組織。有/無預(yù)壓縮該取向合金在980℃/200MPa穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形機制是位錯在基體通道中滑移和攀移。與未預(yù)壓縮合金相比,預(yù)壓縮合金的微觀組織結(jié)構(gòu)有利于位錯在基體通道中運動,是預(yù)壓縮合金具有較低蠕變抗力的主要原因。[011]取向單晶合金在1040℃/180MPa沿[100]取向預(yù)壓縮38h,γ'相沿[100]取向形成類纖維筏狀組織,可明顯提高合金的蠕變抗力,其中,合金在1040℃/137MPa和850℃/400MPa的蠕變壽命分別提高約123%和15倍。預(yù)壓縮合金中筏狀γ'相之間存在的瓶頸狀基體通道及“迷宮式”的組織結(jié)構(gòu),可提高位錯運動的阻力,是預(yù)壓縮[011]取向合金具有較好蠕變抗力的主要原因。與未預(yù)壓縮合金相比,預(yù)壓縮處理使合金枝晶干/間區(qū)域的γ'相尺寸增大,γ基體通道尺寸減小,可增大位錯攀移距離,減小位錯弓出的幾率。此外,蠕變期間,預(yù)壓縮合金中可開動更多的滑移系,其較強的應(yīng)變硬化效果是預(yù)壓縮合金具有較好蠕變抗力的重要原因。
【關(guān)鍵詞】：鎳基單晶合金 蠕變 微觀組織 變形機制 預(yù)壓縮 蠕變抗力
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG132.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-31
• 1.1 高溫合金概述13-14
• 1.2 鎳基單晶合金概述14-16
• 1.3 鎳基單晶合金的強化特點16-17
• 1.3.1 固溶強化16-17
• 1.3.2 第二相強化17
• 1.4 鎳基單晶合金的組織與性能17-20
• 1.4.1 合金的相組成17-18
• 1.4.2 微觀組織結(jié)構(gòu)的不均勻性18-20
• 1.5 鎳基單晶合金的蠕變行為20-27
• 1.5.1 合金的蠕變特征20-21
• 1.5.2 蠕變期間的變形機制21-23
• 1.5.3 蠕變各向異性23-25
• 1.5.4 蠕變期間位錯網(wǎng)的形成與作用25-27
• 1.6 蠕變期間γ'相的組織演化27-29
• 1.6.1 γ'相的形筏27
• 1.6.2 γ'相形筏的影響因素27-28
• 1.6.3 γ'相形筏的驅(qū)動力28-29
• 1.7 本課題的研究目的、意義及研究內(nèi)容29-31
• 第2章 不同取向單晶合金的組織演化與內(nèi)摩擦應(yīng)力31-45
• 2.1 引言31-32
• 2.2 實驗材料及方法32-33
• 2.2.1 不同取向單晶合金的制備32
• 2.2.2 組織形貌觀察32
• 2.2.3 X-ray衍射譜線測定及γ'/γ相晶格常數(shù)測算32
• 2.2.4 內(nèi)摩擦應(yīng)力的測量32-33
• 2.3 實驗結(jié)果與分析33-41
• 2.3.1 不同取向單晶合金的枝晶形態(tài)33-34
• 2.3.2 不同取向單晶合金的組織結(jié)構(gòu)34-36
• 2.3.3 不同溫度的晶格常數(shù)和錯配度36-38
• 2.3.4 不同取向單晶合金蠕變期間的組織演化38-40
• 2.3.5 穩(wěn)態(tài)蠕變期間的內(nèi)摩擦應(yīng)力40-41
• 2.4 討論41-44
• 2.4.1 γ'相形態(tài)演化的理論分析41-43
• 2.4.2 組織結(jié)構(gòu)對內(nèi)摩擦應(yīng)力的影響43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 第3章 不同取向單晶合金的蠕變行為45-69
• 3.1 引言45
• 3.2 實驗材料及方法45-46
• 3.2.1 實驗材料45-46
• 3.2.2 蠕變性能測試46
• 3.2.3 組織形貌觀察46
• 3.3 實驗結(jié)果與分析46-58
• 3.3.1 [001]取向合金的蠕變特征46-50
• 3.3.2 [011]取向合金的蠕變特征50-51
• 3.3.3 [111]取向合金的蠕變特征51-52
• 3.3.4 晶體取向?qū)θ渥兛沽Φ挠绊?/span>52-54
• 3.3.5 不同取向單晶合金的變形特征54-58
• 3.4 不同取向單晶合金蠕變抗力的理論分析58-63
• 3.4.1 不同取向單晶合金蠕變抗力的影響因素58-60
• 3.4.2 [001]取向合金變形機制的理論分析60-61
• 3.4.3 [011]取向合金變形機制的理論分析61-62
• 3.4.4 [111]取向合金變形機制的理論分析62-63
• 3.4.5 不同取向合金蠕變抗力的理論分析63
• 3.5 蠕變方程及相關(guān)參數(shù)63-68
• 3.5.1 穩(wěn)態(tài)蠕變期間的表觀蠕變參數(shù)63-66
• 3.5.2 有效蠕變參數(shù)66-67
• 3.5.3 有效蠕變參數(shù)與變形機制的依賴關(guān)系67-68
• 3.6 本章小結(jié)68-69
• 第4章 中溫蠕變期間的變形機制69-80
• 4.1 引言69-70
• 4.2 實驗材料及方法70
• 4.2.1 實驗材料70
• 4.2.2 蠕變性能測試和組織形貌觀察70
• 4.3 實驗結(jié)果與分析70-75
• 4.3.1 合金的蠕變特征70-71
• 4.3.2 穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形特征71-72
• 4.3.3 位錯組態(tài)的衍襯分析72-75
• 4.4 討論75-79
• 4.4.1 變形機制的理論分析75-78
• 4.4.2 蠕變期間形成的K-W鎖78-79
• 4.5 本章小結(jié)79-80
• 第5章 橫向預(yù)壓縮對[001]取向合金蠕變行為的影響80-95
• 5.1 引言80-81
• 5.2 實驗材料及方法81-82
• 5.2.1 實驗材料81
• 5.2.2 預(yù)壓縮設(shè)備和工藝81-82
• 5.2.3 蠕變性能測試和組織形貌觀察82
• 5.3 實驗結(jié)果與分析82-90
• 5.3.1 壓縮蠕變曲線82-83
• 5.3.2 預(yù)壓縮處理合金的組織結(jié)構(gòu)83-84
• 5.3.3 預(yù)壓縮對蠕變行為的影響84-86
• 5.3.4 蠕變期間的組織演化86-89
• 5.3.5 穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形機制89-90
• 5.4 討論90-94
• 5.4.1 γ'相形態(tài)演化的理論分析90-92
• 5.4.2 組織演化驅(qū)動力的理論分析92-93
• 5.4.3 橫向預(yù)壓縮對蠕變性能的影響93-94
• 5.5 本章小結(jié)94-95
• 第6章 橫向預(yù)壓縮對[011]取向合金蠕變行為的影響95-112
• 6.1 引言95
• 6.2 實驗材料及方法95-96
• 6.2.1 實驗材料95
• 6.2.2 預(yù)壓縮設(shè)備和工藝95-96
• 6.2.3 蠕變性能測試和組織形貌觀察96
• 6.3 實驗結(jié)果與分析96-104
• 6.3.1 合金組織結(jié)構(gòu)的不均勻性96-97
• 6.3.2 預(yù)壓縮合金的組織結(jié)構(gòu)97-99
• 6.3.3 預(yù)壓縮對蠕變行為的影響99-100
• 6.3.4 不同狀態(tài)合金在蠕變期間的組織演化100-103
• 6.3.5 穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形機制103-104
• 6.4 討論104-110
• 6.4.1 預(yù)壓縮處理期間元素的定向擴散104-106
• 6.4.2 蠕變期間γ'相的形態(tài)演化106-107
• 6.4.3 組織結(jié)構(gòu)對蠕變行為的影響107-110
• 6.4.4 可開動滑移系對合金蠕變行為的影響110
• 6.5 本章小結(jié)110-112
• 第7章 結(jié)論112-114
• 參考文獻114-124
• 附錄A 預(yù)壓縮及蠕變期間γ'/γ兩相界面面積的變化124-126
• 在學(xué)研究成果126-128
• 致謝128

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本文編號：791057