单晶Ni基合金高温蠕变期间γ'定向粗化驱动力的有限元分析

为研究γ＇相定向粗化现象，采用有限元方法（ＦＥＭ）计算了单晶 Ｎｉ基γ和γ＇双相合金有／无外加载荷时的热错配应力及应变能密度．结果表明：外加载荷改变了γ和γ＇相内的ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ应力及应变能密度分布，与弹性应变相联系的共格应变能变化是γ＇相定向粗化的驱动力．外加拉伸或压缩应力，引起立方γ＇相不同界面晶格发生挤压或扩张应变，晶格的挤压应变可排斥γ＇相中原子半径较大的ＡＩ，Ｔａ等溶质元素；扩张的晶格可诱捕这些元素，以促进γ＇相的定向生长，因此，沿（１００）方向扩张晶格的法线方向是γ＇相形筏的生长方向．随γ＇相弹性扩张晶格应变及γ相粘滞塑性流变的增加，元素扩散及γ＇相形筏速率提高。

一种Ni基单晶高温合金[001]方向的持久性能与断裂行为

利用SEM观察了一种Ni基单晶高温合金[001]方向持久断裂的断口、纵向剖面和变形后的组织结构.结果表明:在760-1100℃温度范围内,合金的断裂均属于韧性断裂.在低于800℃的低温高应力下,合金中的γ’相不形成筏形组织,合金的断裂特征为纯剪切型断裂,对显微疏松缺陷不敏感;随着温度的增加和应力的降低, γ’相逐渐发生定向粗化,形成筏形结构,合金的持久断裂逐渐转变为微孔聚集型断裂,气孔和疏松成为主要的裂纹源.

NiCrAlY涂层/Ni基单晶高温合金的元素扩散及界面特性

采用磁控溅射方法在Ni基单晶高温合金上沉积NiCrAlY涂层,研究了真空热处理及高温氧化过程中,NiCrAlY涂层/Ni基单晶合金界面显微结构的变化及元素扩散行为。结果表明,原始涂层成分分布比较均匀,各元素分布在涂层/基体界面呈陡然变化。真空热处理时,涂层与基体间发生互扩散,NiCrAlY涂层的显微结构和相结构发生变化:涂层/基体界面区出现互扩散层(内、外扩散层);出现g-Ni3Al 和a-Cr两新相,导致涂层局部区域富Cr。1 000℃氧化200h后,涂层/基体界面区的互扩散层增厚,并且在其下的基体中出现扩散影响层。Ta在涂层中扩散时,置换了部分g-Ni3Al相中的Al,导致g相的晶格常数a0增大。

NiCrAlY涂层与Ni3Al基单晶高温合金IC21基体互扩散行为研究

采用低压等离子喷涂技术在Ni3Al基单晶高温合金IC21基体上沉积NiCrAlY涂层.将样品在1150℃的恒定温度下进行200h的静态氧化,利用SEM、EDS、XRD及TEM表征涂层和基体在高温下互扩散后的微观结构和相组成,得到涂层与基体高温下的互扩散规律.结果表明:NiCrAlY涂层/IC21单晶在1150℃下静态氧化5h时出现了互扩散区(IDZ)和二次反应区(SRZ);随着氧化时间的延长,IDZ的厚度呈现逐渐增宽趋势,初始0~50h时IDZ厚度增率攀升较快,50~100h时增长有放缓趋势,100~200h时增速下降明显;NiCrAlY涂层/IC21单晶在1150℃下静态氧化后产生了两种不同取向的析出相,分别为针叶状和竹叶状,析出相成分均包含Re,Mo,Cr及Ni元素且成分相近,根据晶面间距计算得出该相为μ-TCP相,出现不同取向的原因为Re和Mo元素易在基体中形成局部过饱和,元素的差异使μ-TCP相优先沿着Re或者Mo含量较高的晶面生长,从而使μ相产生两种不同取向.

熔体超温处理对DD3单晶高温合金二次枝晶间距的影响

研究了不同熔体超温处理温度对DD3单晶高温合金二次枝晶间距的影响,并利用旋转定向测试法测量单晶取向偏离度结果表明,熔体超温处理对单晶取向偏离度和合金枝间溶质元素总含量的影响很小;随熔体超温处理温度由起始凝固温度1500℃升高至1640和1780℃,二次枝晶间距减小,细化率达14%—31%.

熔体过热时间对DD3单晶高温合金凝固组织的影响

在定向凝固固/液界面温度梯度及凝固速率保持恒定条件下,研究了熔体过热时间对Ni基DD3单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,当熔体超温处理温度为1640℃,过热时间由30 min增至60 min时,枝晶间距进一步减小,枝间γ相更加细小且规整,在此温度过热90 min时,将导致凝固组织粗化当熔体超温处理温度为1780℃,随过热时间由30 min延长至60 min时,枝晶间距与枝间γ′相都变大,且枝间γ′相不再规整.

西北工业大学凝固技术国家重点实验室Nb-Si基超高温合金制备技术研究取得新进展

新型Nb—Si基超高温合金具有熔点高、密度适中、高温强度高等优点，较目前最先进的Ni基单晶高温合金仍有约200℃左右的温度优势，有潜力使用在1200～1450℃的温度范围内，可用于制备推重比在12以上的先进航空发动机涡轮叶片等热端结构部件。

以Mo代W对单晶高温合金组织、凝固特性与错配度影响的热力学研究

基于d电子原理,设计了高W强化Ni基单晶高温合金Alloy W和高Alloy Mo强化Ni基单晶高温合金Mo。热力学计算的结果表明,以Mo代W降低了γ＇相的高温组织稳定性、液相线温度和固相线温度,但对结晶温度区间的影响较小。在单晶高温合金凝固过程中,以Mo代W降低了Al元素的显微偏析倾向,但对Re和Ta元素显微偏析行为的影响较小。同时,W和Mo在凝固时分别显著偏析于已凝固的固相和未凝固的液相。此外,以Mo代W增大了γ相和γ＇相的晶格常数,并降低了γ/γ＇错配度。

一种高Mo强化Ni_3Al基单晶高温合金凝固特性的研究进展

与传统Ni基单晶高温合金相比,高Mo强化Ni_3Al基单晶高温合金具有富Al和富Mo的成分特征,即该合金具有低密度的优势。本文总结了该合金的凝固特性,并发现高Al的成分特征显著提高了平均液相扩散系数,即Ni_3Al基单晶高温合金的平均液相扩散系数为10^(-8)m^2/s数量级,比Ni基单晶高温合金高1~2个数量级。同时,高Al和高Mo的成分特征决定了合金具有枝晶间初生γ'相和富Mo相的末期凝固行为,这与Ni基单晶高温合金的枝晶间析出物(γ/γ'共晶和γ'相)明显不同,但高Al和高Mo的成分特征对凝固特征温度的影响较小。Mo在凝固时显著偏析于未凝固的液相,该偏析行为将降低高Mo强化单晶高温合金的雀斑形成倾向。合金凝固特性的研究将为单晶制备工艺与工程应用奠定基础。

DD98合金重凝行为的研究

研究了第二代单晶高温合金DD98在标准固溶处理温度±50℃内,合金组织对热处理制度的响应。结果表明,合金的显微组织除与热处理温度和冷却速率密切相关外,还与晶体取向有关,<001>取向的单晶合金初熔温度比<011>和<111>高约5℃。当热处理温度较高时,单晶枝晶间区域发生初熔,重熔后在重凝区域中γ′相以离异共晶方式规则析出,分布规律与母相一致。

面向国家重大工程亟需和国际科学前沿的先进金属结构材料研究 获众多进展

目前第三代、第四代Ni基单晶高温合金存在密度高、成本高、1150°C及以上高温蠕变强度退化的问题。北京航空航天大学宫声凯教授在报告中首先分析了高温蠕变强度退化的机制是高温服役时Y’/Y相界面强化效果降低和Y'相回溶.展示了团队通过提高AI含量提高Y’-Ni3AI相体积分数和有序度,以及Mo-Re共合金化强化Y'/Y相界面,成功研制高承温.低密度的Ni3AI金属间化合物基单晶合金(IC21,密度~8.0)的创新工作,并介绍了对该合金铸造工艺性、抗热震性能、热机疲劳性能的分析测试和其优异表现.该先进高温合金已在高性能航空发动机研制中获得初步的应用,为航空发动机性能提升和发展做出了重要探索。