镍基高温合金沉淀相粗化之后的硬度退化及其各向异性特征

镍基高温合金广泛应用于制造军事和民用工程领域中的关键热端部件,在服役过程中内部沉淀相容易发生粗化,并导致材料力学性能退化。本文结合有限元模拟和机理分析,研究镍基高温合金材料发生沉淀相粗化之后的硬度变化特性,并探讨相关变化与材料微结构演化的关联。结果表明:合金硬度随沉淀相粗化的发生而显著退化,并呈现出各向异性特征,总体来说,当沉淀相体积分数较低或沉淀相粗化程度不高时,其硬度随加载角度增大而先逐渐增加后又逐渐降低;而对于沉淀相体积分数和沉淀相粗化程度均较高的合金,硬度则随加载角度增大而单调升高,合金硬度的相关变化与沉淀相的形状、大小和分布特性密切相关;材料微结构的改变导致内部位错的形核、增殖和运动特性发生变化,进而影响宏观材料的硬度。

时效处理对镍基单晶高温合金显微组织和硬度的影响

针对不同γ′相体积分数(30%和60%)、经不同时间时效后(0、100、500和1000 h)的镍基单晶高温合金,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),并结合纳米压痕试验研究了时效处理对镍基单晶高温合金微观结构和硬度的影响。结果表明,随着时效时间的增加,合金γ′相尺寸逐渐增大。γ′相体积分数为30%和60%的合金中γ′相的形态分别为球形和立方形,γ′相的形态并未随着时效时间增加而发生明显变化;同时,由于60%γ′相体积分数的合金难熔元素含量较高,在时效处理过程中产生了TCP相。时效后,两种沉淀体积分数的合金都呈现出显著的硬化效应,分析认为γ′相强化机制未发生转变。合金在压痕周围的堆积高度随着时效处理时间的增加逐渐增高,而堆积影响的范围逐渐减小。