6%Re/5%Ru单晶镍基合金的超高温蠕变行为和影响因素

通过对6%Re/5%Ru单晶镍基合金(质量分数)进行蠕变性能测试和组织观察,研究了合金的超高温蠕变行为和影响因素。结果表明:测定出合金在(1160℃,120 MPa)的蠕变寿命为206 h。中期稳态阶段,位错在基体中滑移和攀移越过γ′相是合金的变形特征,γ基体中溶解的难熔元素可增加位错在基体中运动的阻力。超高温蠕变期间,随温度提高γ′相发生溶解,可减小筏状γ′相的尺寸,提高位错攀移越过γ′相的速率,特别是当温度大于1170℃时,合金的施加温度敏感性使筏状γ′相的尺寸减小,应变速率提高,这是合金蠕变寿命大幅度降低的主要原因。蠕变后期,基体位错可在位错网破损处切入γ′相,其中,切入γ′相的位错可由{111}面交滑移至{100}面形成K−W锁,抑制位错的滑移和交滑移,可改善合金的蠕变抗力。而在颈缩区域较大的有效应力可开动位错的双取向滑移,致使筏状γ′相扭折,并在扭折区域发生裂纹的萌生和扩展,直至断裂,这是合金在超高温蠕变期间的变形和损伤机制。

一种镍基单晶合金高温蠕变期间的变形特征及元素分布

通过对一种6%Re/5%Ru镍基单晶合金进行高温蠕变性能测试、组织形貌观察及三维原子探针成分分析,研究了合金高温蠕变前后的元素分布及蠕变过程中的变形特征。结果表明,完全热处理后Al和Ta元素主要分布在合金的γ′相中。合金在1120℃/165 MPa条件下蠕变断裂后,元素在γ/γ′两相的分布发生改变,其中,Al、Ta、Cr和Co因为氧化作用导致在γ/γ′两相中的浓度均降低。此外,一部分Re、Ru、W和Mo原子富集于γ/γ′相过渡区域附近的γ基体一侧,可引起晶格畸变,增加位错运动的阻力,延缓位错剪切进入γ′相,是含Re/Ru合金具有较好高温蠕变抗力的原因之一。蠕变后期,切入相的位错可由{111}面交滑移至{100}面形成K-W锁,其保留的高数量K-W位错锁可抑制位错滑移和交滑移,是合金有较好蠕变抗力的原因之一。

单晶镍基高温合金超高温蠕变期间的变形机制

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了6%Re-5%Ru(质量分数)单晶镍基高温合金的超高温蠕变行为和变形机制。结果表明,该合金在1160℃/120 MPa条件下的蠕变寿命为206 h。稳态蠕变期间,位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相是合金的变形特征,基体中溶解的高浓度难熔元素可增加位错运动阻力。蠕变后期,切入筏状γ′相的位错可由{111}面交滑移至{100}面,形成Kear-Wilsdorf(K-W)位错锁,高数量K-W位错锁可抑制位错滑移和交滑移,是合金具有较好蠕变抗力和较低应变速率的原因。交滑移可扭曲筏状γ′相,并在两相界面发生裂纹萌生与扩展,直至断裂,这是合金蠕变后期的变形与损伤特征。其中,溶入γ′相的Ru原子可替换Al原子,合金中Ru与Re、W的相互作用使较多的Re、W原子溶入γ′相,延缓元素扩散速率,阻碍位错运动,使合金在超高温蠕变期间仍保留高数量K-W位错锁及良好蠕变抗力。