镍基单晶高温合金中Ru元素作用的研究进展

具有优异的高温抗蠕变、抗疲劳、抗氧化和耐热腐蚀等综合性能的先进镍基单晶高温合金,是当代先进航空发动机热端部件的首选材料。研究者发现,Ru元素的引入对镍基单晶高温合金的组织稳定性和高温蠕变性能有重大影响。但是相关研究开始较晚,不够充分,因此Ru元素具体作用机制尚不明晰。此外,Ru的添加提高了镍基单晶高温合金的制造成本,所以高代次单晶合金目前仍处于试验阶段,并未在实际生产中实现大规模应用。本文从Ru元素对镍基单晶高温合金铸态组织、热处理态组织、组织结构稳定性和蠕变性能的影响4个方面出发,总结了Ru元素在单晶高温合金中具体作用的研究进展。

一种6Re/3Ru镍基单晶高温合金微观组织的稳定性和高温持久性能

用场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)观察一种第四代镍基单晶高温合金长期时效和持久断裂后的微观组织和位错组态,研究了这种合金在1000℃和1130℃长期时效过程中的组织演化和在1100℃/140 MPa条件下的持久性能。结果表明:这种合金具有较好的组织稳定性,在1000℃长期时效过程中γ’相逐渐长大,但是在1000 h后仍有较好的立方度且没有TCP相析出。在1130℃长期时效500 h后γ’相发生连接和筏化;时效200 h后开始析出TCP相,时效1000 h后合金中TCP相的面积分数只有0.04%。在1130℃长期时效500 h后,γ/γ’界面形成位错网并随着时效时间的延长变得更加规则致密。这种合金在1100℃/140 MPa条件下的持久寿命为676.5 h,达到第四代镍基单晶高温合金水平。持久断裂后γ’相发生N型筏化,合金中析出针状TCP相(μ相)并在TCP相附近出现位错塞积。在持久试验过程中,合金中生成的γ/γ’界面位错网和a<010>超位错有利于提高其持久性能。

镍基单晶高温合金薄壁试样的一次枝晶间距统计方法对比

分别采用面积测量法、三角形测量法和最小生成树法,对不同壁厚的镍基单晶高温合金试样的一次枝晶间距进行了统计。结果表明,面积测量法和三角形测量法对块状试样平均一次枝晶间距的统计结果基本相当,大于采用最小生成树法获得的数值。随试样壁厚降低,三角形测量法和最小生成树法统计的平均一次枝晶间距差距基本固定,一次枝晶间距的容许范围随着试样壁厚降低而缩小,而面积测量法在统计薄壁试样的平均一次枝晶枝晶间距时显示出明显的不稳定性。最后,讨论了3种方法统计镍基单晶高温合金薄壁试样一次枝晶间距时的特点和适用性。