Re对单晶高温合金高温高应力持久性能的影响
Re对定向凝固Ni基高温合金组织及性能的影响
第30卷 第3期2010年6月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 30,N o 3 June 2010Re 对定向凝固N i 基高温合金组织及性能的影响张 俊, 张爱斌, 谭永宁, 贾新云(北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点试验室,北京100095)摘要:采用真空感应熔炼和定向凝固重熔技术制备了不同R e 含量的N i 基高温合金试样,分析了合金微观组织,测试了热处理后其室温拉伸和高温持久性能。
结果表明:R e 主要分布于 基体中,在 强化相中分布很少。
随着R e 含量的增加, + 共晶体积分数略有增多,枝晶杆 细化明显。
热处理后 立方化程度增加,共晶相含量明显减少。
R e 的加入显著提高了合金的室温拉伸屈服强度和高温持久寿命,但室温和高温塑性有所降低。
R e 主要通过固溶在 基体中来阻碍 粗化,增大错配度,从而提高合金综合性能。
关键词:N i 基高温合金;组织;力学性能;R e 含量DO I :10 3969/j i ssn 1005-5053 2010 3 006中图分类号:TG146 1+5 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2010)03-0024-04收稿日期:2010-01-20;修订日期:2010-04-10作者简介:张俊(1983 ),男,(E -m i a l)zhangb ij un1@163 co m随着航空发动机推重比的不断提高,其涡轮前进口温度越来越高,高压涡轮工作叶片普遍采用定向凝固N i 基高温合金[1,2]。
目前已经发展了四代定向凝固N i 基高温合金,其主要区别就在Re 的加入量。
第二代定向合金Re 含量达3%左右,以Re -ne150[3],P WA 1426[4],C M 186LC [5],Rene 142[6]和32[7]等为代表,具有良好的环境性能、铸造性能及组织稳定性。
热处理工艺对SRR99镍基单晶高温合金组织和性能的影响
ｈｇ ｅ ｅａ ｕ ｅ ｃ ｅ ｐ ｔｓ ｉｇ ｍａ ｈ ｎ ， ｔ ｅ ｌａ ｉｇ ｃ ｎ ｉｉｎ ｂ ｉ ｇ ０ ０Ｃ／ ４ Ｍ Ｐａ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｉｈ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｒ ｅ —ｅ ｔｎ ｃ ｉｅ ｈ ｏ ｄｎ ｏ ｄｔ ｅｎ １ １ ￣ ２ ８ ｏ ． ｅ ｒ ｓ ｌｓ
镍基单晶合金高温蠕变行为的研究新进展
镍基单晶合金高温蠕变行为的研究新进展镍基单晶合金是目前航空发动机涡轮叶片的主要制造材料，其蠕变性能是关系到发动机使用安全和服役寿命的重要因素。
本文从成分组成、蠕变机制、本构模型等方面论述了近年来镍基单晶合金研究的新进展，特别着重于阐明镍基单晶合金蠕变行为与微结构演化之间的联系，论述了晶体塑性有限元方法在单晶叶片力学行为模拟中的应用，为我国发动机叶片设计和强度分析提供重要的理论参考和技术指导。
标签：镍基单晶合金蠕变微结构晶体塑性一、引言航空发动机涡轮叶片长期处于高温下，受到复杂应力和燃气冲击腐蚀等综合作用，工作条件十分恶劣。
涡轮叶片等热端部件的可靠性是影响发动机性能和寿命的关键因素和技术难点。
镍基单晶合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变、疲劳抗力及良好的抗氧化性和抗热腐蚀性，被广泛用于制造航空发动机的涡轮叶片等核心部件。
镍基单晶合金通过定向凝固技术消除了晶界，使其高温抗蠕变、疲劳性能大大增强，成为最受关注、应用最广的高温合金。
随着发动机服役温度的不断提高，单晶材料的蠕变行为和变形机制也随温度升高表现出不同的特征。
因此，建立合适的本构模型对镍基单晶合金的蠕变行为进行预测，对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要的意义。
二、镍基单晶合金的发展趋势及现状镍基单晶合金由于其优异的抗蠕变、疲劳和耐腐蚀性能，在过去的几十年里得到了世界各国的重视，并形成了合金系列应用到航空发动机的热端部件中，如美国的CMSX-2、CMSX-4、CMSX-10系列，英国的RR2000系列，法国的MC2、MC-NG系列，日本的TMS-75、TMS-138、TMS-162系列等。
我国镍基单晶高温合金研制从20世纪80年代初开始，现已发展到以DD22为代表的第四代合金材料，但是，合金性能和发达国家相比尚存在一定的差距，距离大范围实际应用还有较长的路要走。
镍基单晶合金优异的高温性能得益于Re、Ru、W等难熔金属的添加。
Re 的添加有助于改善高温合金的显微组织和热稳定性，降低不稳定相及单晶缺陷等的影响，从而显著增强单晶合金的高温抗蠕变性能。
RE对ZnAl4合金组织和力学性能的影响
RE对ZnAl4合金组织和力学性能的影响古文全;吴泽宏;于云峰;耿家锐【摘要】在ZnAl4合金中添加RE元素对其进行变质处理,通过金相组织和力学性能分析,研究了RE对该合金的显微组织和力学性能的影响.结果表明,基体中加入适量的稀土后,优化了组织结构,细化了晶粒,使合金的强度、硬度提10％以上,延伸率也有一定的提高.【期刊名称】《有色金属加工》【年(卷),期】2012(041)002【总页数】3页(P6-8)【关键词】ZnAl4;铝锌合金;稀土【作者】古文全;吴泽宏;于云峰;耿家锐【作者单位】贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002;贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002;贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002;贵州省冶金化工研究所,贵州贵阳 550002【正文语种】中文【中图分类】TG146铸造锌铝合金具有优良的力学性能和机加工性能，耐磨损，低能耗，无污染，在工程上获得了广泛的应用［1］。
但该合金也存在不足之处，是所有有色合金中对杂质元素要求最高的一种，即便是采用高纯锌来生产锌合金，还是易产生比重偏析，性能不稳定，自然时效后力学性能低等。
本研究针对以上情况，选择在不含铜的传统ZnAl4合金中添加稀土元素，采用变质处理，合理化学成分，改变微观组织结构，抑制杂质元素有害影响，来获得晶粒细化、组织致密、力学性能大幅改善的ZnAl4合金。
1 试验的条件及合金熔配1.1 试验条件本试验所采用材料为:0#锌锭、Al－00、1#工业纯镁、混合稀土(含Ce＞70%)、1#铅锭、光谱纯铁。
试验所用熔炼设备为SG53自动控温坩埚电阻炉。
为避免锌铝合金在通常熔炼温度下与铁发生反应，本试验采用石墨坩埚，所用工具亦应涂刷耐火涂料，新坩锅在使用前应缓慢升温至700℃培烧。
拉伸试样采用金属型模具直接铸成，一组二根，硬度试样为Φ16×10mm，金相试样取至抗拉试样切头。
1.2 合金的熔配测温装置为EU－2型测温仪表镍铬－镍硅热电偶。
持久应力对DD10单晶高温合金1100℃组织稳定性的影响
关键 词 ： Ｄ Ｄ １ ０ ； 应力 ； 组织稳定性 ； 错 配 度
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ ・ ５ ０ ５ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ２ ． ０ ０ １
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ １ ３ ２ ． ３ ２ ； Ｖ ２ ５ ２ ． １
第３ ４卷 第 ２期
２ ０ １ ４年 ４月
航
空材ຫໍສະໝຸດ 料学报 Ｖｏ １ ． ３４．Ｎｏ ． ２ Ａｐ ｒ ｉ ｌ ２ ０１ ４
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥＲＯＮＡＵＴＩ ＣＡＬ Ｍ ＡＴＥＲＩ ＡＬ Ｓ
持 久 应 力对 Ｄ Ｄ１ ０单 晶高 温 合 金 １ １ ０ ０ ｏ Ｃ组 织 稳 定 性 的 影 响
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ５ — ５ ０ ５ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ ． ０ ０ ０ １ ． ０ ５
镍基 单 晶高 温合 金是 制造 先进 航空 发动 机 涡轮
叶 片 的关 键 材料 。添 加难 熔合 金 元 素 （ Ｒ ｅ ， Ｗ和 Ｍ ｏ
对 应力 是否 促进 Ｔ Ｃ Ｐ相 的析 出 尚存 在 争 议 方 面 的理解 和认识 有待 完善 。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ． １ ０ — ２ ６ ；修 订 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ １ — １ ８
摘要 ： 通过对 Ｄ Ｄ １ ０单 晶高 温 合 金 ｌ １ ０ ０ ℃ 长 时 时 效 组 织 以及 在 １ １ ０ ０ ℃／ １ ４ ０ ＭＰ ａ 下 持 久 试 样 断 裂 后 不 同部 位 的组 织 进行 观 察 分 析 ， 研 究 应 力 对该 合 金 组 织 稳 定 性 的影 响 。结 果 表 明 ： Ｄ Ｄ Ｉ Ｏ单 晶 高 温 合 金 经 １ １ Ｏ Ｏ ℃／ ２ ５ ３ ｈ长 时 时 效 和 １ Ｉ Ｏ ０ ￣ Ｃ ／ １ ４ ０ Ｍ Ｐ ａ持 久 断 裂 后 析 出 的 Ｔ Ｃ Ｐ相 均 为 富 集 Ｒ ｅ ， ｗ， ｃ ｒ 和 Ｍｏ 元 素 的 相 。 １ １ Ｏ ０ ｏ Ｃ ／ １ ４ ０ Ｍ Ｐ ａ持 久 条 件 下 ， 应 力 的 引入 促 进 相 的析 出 ， 且 相 的 析 出 量 随 着 应 力 的 增 大 而 增 大 ， 但应力 未改变 Ｔ Ｃ Ｐ相 的 析 出 种 类 和形 貌 。 此
Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响
Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响骆宇时;赵云松;杨帅;张剑;唐定中【摘要】通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】9页(P132-140)【关键词】单晶高温合金;Ru;显微组织;持久性能;TCP相【作者】骆宇时;赵云松;杨帅;张剑;唐定中【作者单位】北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TG146.1+5单晶高温合金因其优异的高温性能而被用于航空发动机高压涡轮转子叶片和导向叶片等关键热端部件中[1]。
随着发动机推力和效率的不断提高，涡轮进口温度也不断升高，需要性能更好的叶片材料。
发达国家都争相研制承温能力更高的单晶高温合金，已将合金中含Re量从0%(质量分数，下同)增加到6%；但Re是强TCP相形成元素，在长时使用过程中易于析出TCP相，损伤合金的高温持久性能，这对长寿命发动机是一个重要制约因素，同时Re的密度和成本也非常高。
一种含Re单晶镍基合金的高温蠕变行为
第29卷 第4期2009年8月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 29,N o 4 August 2009一种含Re 单晶镍基合金的高温蠕变行为王明罡1,2, 田素贵1, 于慧臣3, 于兴福1, 钱本江1(1.沈阳工业大学,沈阳110178;2 长春工业大学,长春130012;3.北京航空材料研究院,北京100095)摘要:通过测定蠕变曲线及位错运动的内摩擦应力( 0),研究了一种含R e 单晶镍基合金的蠕变行为,并计算出稳态蠕变期间的表观蠕变激活能及应力指数。
结果表明:在稳态蠕变期间位错运动的内摩擦应力( 0),随外加应力的提高略有提高,随温度的升高而明显降低。
在蠕变初期, 相沿垂直于应力轴方向形成N 型筏状结构,随蠕变进行,筏状 相发生粗化,且距离断口越近,筏状 相粗化及扭曲程度越严重,其中,由于颈缩使样品近断口区域承受最大有效应力,是使筏状 相粗化及扭曲加剧的主要原因。
蠕变后期,合金的变形机制是位错剪切筏状 相。
关键词:单晶镍基合金;内摩擦应力;蠕变;组织演化中图分类号:TG146.4 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2009)04-0098-05收稿日期:2008-08-08;修订日期:2008-12-08基金项目:国家自然科学基金资助项目(50571070)作者简介:王明罡(1975 ),男,博士研究生,(E -m a il)e m i ng7645@sina .com 。
镍基单晶合金由于具有优异的抗疲劳、蠕变等高温性能,而被广泛应用于制作航空发动机和工业燃气轮机叶片[1,2]。
不同合金具有不同的蠕变特征,其原因应归结于具有不同的蠕变抗力。
内摩擦应力是位错运动所必须克服的阻力,其值大小是材料本身固有的特性,反映了材料在高温蠕变期间的形变抗力[3,4]。
测定合金在稳态蠕变期间位错运动的内摩擦应力,可定量评价合金的蠕变抗力,结合微观组织观察,有助于探索合金形变抗力的本质及蠕变机制,因此,得到广大研究者的重视[5.6]。
单晶高温合金DD6热变形再结晶行为_姚志浩
国外航空发动机用单晶合金体系成分特点及演变_朱鸥
单晶的承温能力一般以１３７ ＭＰａ／１０００ｈ蠕变断裂 为 标 准进行判断，第二代单晶承温能力 大致 为 １０４０ ℃，相 应 的 每 代单晶高温 合 金 使 用 温 度 都 被 提 高 了 ２５～３０ ℃，每 提 高 ２５～３０ ℃相当于延长叶片寿命３倍。
Ｙ）＝（１０～３０）×１０－６时，Ｓ与 Ｙ、Ｌａ生成硫化物或 硫 氧 化 物， 阻止 Ｓ扩散至氧化层。循环氧化后 Ｌａ与 Ｐ 生 成磷化物。由 此可有效控制０．２×１０－６＜ｗ（Ｓ＋Ｐ）＜２×１０－６。另 外，稀 土 元素可进入氧化膜，细化氧化膜 晶粒，改 善 氧 化 膜 塑 性，从 而 提高氧化膜抗 剥 落 能 力。１０９３ ℃ 测 试 条 件 下，含 Ｌａ、Ｙ 的 ＣＭＳＸ－４比不 含 Ｌａ、Ｙ 的 ＣＭＳＸ－４ 循 环 氧 化 能 力 提 高 了 １３ 倍 （以 初 始 氧 化 层 剥 落 为 准 ）。
朱 鸥 ：女 ，１９８２ 年 生 ，博 士 生 ，主 要 从 事 单 晶 高 温 合 金 研 究 Ｔｅｌ：０２１－３３３６７１９８ Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｒａｔｉｔｕｄｅｚｈｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
国 外 航 空 发 动 机 用 单 晶 合 金 体 系 成 分 特 点 及 演 变／朱 鸥 等
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ＲＲ３０１０在美国的 Ｃａｎｎｏｎ－Ｍｕｓｋｅｇｏｎ公 司 生 产，按 美 国 惯 例 需冠上 该 生 产 单 位 的 品 牌 名，命 名 为 ＣＭＳＸ－１０Ｋ 和 ＣＭＳＸ－ １０Ｎ，产品验收采用 ＲＲ 公司的企业标准。ＰＷＡ 系列单 晶 的 专利权 人 是 美 国 联 合 技 术 公 司［４］，被 Ｐ＆Ｗ 公 司 收 购，由 第 一 代 ＰＷＡ１４８０ 发 展 到 第 二 代 ＰＷＡ１４８４ 和 第 四 代 ＰＷＡ１４９７。
简述中国国产第1~5代单晶高温合金
简述中国国产第1~5代单晶⾼温合⾦第⼀代单晶⾼温合⾦：主要有DD2、DD3、DD4 (前三者研制单位：北京航空材料研究院)、DD26与DD26C(中国科学院)、DD402( 钢铁研究总院和南⽅航空动⼒机械公司 )、DD8( 中国科学院⾦属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室 )....等合⾦。
第⼆代单晶⾼温合⾦：DD6与DD398 (北京航空材料研究院)、DD5 (中国科学院⾦属研究所 )另外，国内研制的⽆Re合⾦,如DD99、DD98等,其性能相当于第⼀、第⼆代单晶的⽔平。
中国科学院⾦属研究所发明提供了⼀种⾼强抗热腐蚀镍基单晶⾼温合⾦DD-13，该合⾦的组成成分构成和各成分的质量百分含量为：Cr：10.0～15.0%，Co：8.0～12.0%，Mo：0.5～3.0%，W：3.0～6.0%，Ta：4.0～7.0%，Al：3.0～5.0%，Ti：3.0～5.0%，C：0～0.4%，其余为Ni，6.5≤Al+Ti≤9，Al/Ti≤1。
该合⾦不仅具有优良的抗热腐蚀性能，还具有较⾼的⾼温⼒学性能、良好的组织稳定性。
既可以适⽤于地⾯与舰⽤燃⽓轮机⾼温部件，⼜可以适⽤于航天、航空发动机⾼温部件。
中国科学院⾦属研究所研制提供⼀种⾼强度抗腐蚀镍基单晶⾼温合⾦M09A。
其化学成分为(重量百分⽐)：Cr11.0～15.0％，Co8.0～9.0％，Mo1.8～2.2％，W3.5～4.4％，Ta5.0～6.0％，Al4.0～5.4％，Ti2.5～3.5％，B0.004～0.007％，C0.01～0.03％，Ni余量。
该合⾦材料⾼温持久性能好，抗热腐蚀性能优异，组织稳定。
第三代单晶⾼温合⾦：DD9与DD10 ( 北京航空材料研究院先进⾼温结构材料重点实验室 )、DD32、DD33( 中国科学院⾦属研究所⾼温合⾦研究部) 、 DD90( 中国科学院⾦属研究所)第四代单晶⾼温合⾦：DD22 合⾦、中国科学院⾦属研究所发明⼀种⾼强度且组织稳定的第四代单晶⾼温合⾦，其特征在于:按重量百分⽐计，该合⾦的化学成分为:Cr 3～5%，Co 5～12%，W 6～8%，Mo 0.1～2%，Re 4.5～6%，Ru 2 ～4%，Al 5.5 ～6.5%, Ta 6 ～10%，其余为 Ni。
16317369_微量元素对镍基高温合金微观组织与力学性能的影响
第10卷 第2期 精 密 成 形 工 程2018年3月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING1收稿日期：2017-12-15基金项目：国家自然科学基金（51575129）；山东省重点研发计划（2016GGX102026）作者简介：张鹏（1978—），男，博士，教授，主要研究方向为高温高强材料塑性成形及失效控制。
通讯作者：王传杰（1988—），男，博士，讲师，主要研究方向为金属精密塑性成形。
微量元素对镍基高温合金微观组织与力学性能的影响张鹏，杨凯，朱强，陈刚，王传杰（哈尔滨工业大学（威海）材料科学与工程学院，山东 威海 264209）摘要：在高温环境中镍基高温合金具有良好的高温强度、抗氧化性能、抗腐蚀性能和抗疲劳性能，被广泛应用于航空航天等领域。
镍基高温合金优异的综合性能与其微观组织紧密相关。
综述了微量元素B, C, Y , Ce, Hf, Re, Ru, P 对镍基高温合金微观组织及其力学性能的影响。
针对不同的镍基高温合金，对微量元素的不同作用进行讨论分析。
镍基高温合金微观组织及其力学性能与微量元素的含量及其分布有关。
添加于镍基高温合金中的微量元素分布在合金基体或者其析出相中，通过偏聚于晶界处或者元素偏析等方式，改变合金的微观组织，从而影响其力学性能。
关键词：镍基高温合金；微量元素；微观组织；力学性能 DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2018.02.001中图分类号：TG113.25；TG132.3+2 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2018)02-0001-06Effect of Microelement on Microstructure and Mechanical Propertyof Nickel-base SuperalloyZHANG Peng , YANG Kai , ZHU Qiang , CHEN Gang , WANG Chuan-jie(School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology at Weihai, Weihai 264209, China)ABSTRACT: Nickel-base superalloys possess excellent high-temperature strength, oxidation and corrosion resistance, fatigue resistance in a high temperature environment, and are widely used in aerospace and other fields. The excellent comprehensive properties of nickel base high temperature alloy are closely related to microstructure. The effects of B, C, Y, Ce, Hf, Re, Ru and P microelements on microstructure and mechanical properties of nickel-base superalloys were reviewed in this paper. Different effects of microelement were discussed for different nickel-base superalloys. Microstructures and mechanical properties of nick-el-base superalloys were related to content and distribution of microelement. The microelements in nickel-base superalloys were distributed in the alloy matrix or their precipitated phases. The microstructure of the alloy was changed by partial clustering in the grain boundary or the element segregation of microelements, thus affecting its mechanical properties. KEY WORDS: nickel-base superalloy; microelement; microstructure; mechanical property由于镍基高温合金在高温条件下具有良好的高温强度、优异的抗氧化性、抗腐蚀性以及抗疲劳性能等综合性能，在航空航天、船舶、核电等领域得到了广泛的应用，已经成为航空发动机涡轮盘、涡轮叶片等部件的关键材料。
Hf和Re含量对Co-Ti-V高温合金γγ′两相晶格错配度的影响
Hf 和Re 含量对Co-Ti-V 高温合金γ/γ′两相晶格错配度的影响周鹏杰*, 宋德航, 高心康, 刘印兵（江苏科技大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212003）摘要： 通过对不同含量Hf 和Re 的Co-Ti-V 高温合金进行组织形貌观察和X 射线衍射分析，研究不同含量Hf 和Re 合金中γ′相形貌与γ/γ′两相晶格错配度的关系。
采用EDS 分析合金中各元素的分配行为与γ/γ′两相晶格错配度的关系。
通过对不同成分的合金进行1000 ℃高温压缩实验，研究Hf 和Re 含量对合金高温压缩性能的影响。
结果表明：随着Hf 含量的增加，γ′相的形貌由立方形转变为球形，γ/γ′两相的晶格错配度减小；随着Re 含量的增加，γ′相的形貌由立方形变为长条状，且γ′相变得粗大，γ/γ′两相的晶格错配度减小；通过EDS 分析，Co 、Hf 和Re 元素在γ相中富集，而Ti 和V 元素在γ′相中富集；随着Re 含量增加，合金的屈服强度和抗拉强度均增加；随着Hf 含量的增加，合金的屈服强度和抗拉强度先减小后增大。
关键词：Co-Ti-V 高温合金；γ′相形貌；γ/γ′两相晶格错配度doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000136中图分类号：TG132.3+2 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2021)01-0045-09高温合金由于具有较高的强度、结构稳定性和抗高温能力，通常运用于航空发动机涡轮叶片和其他的耐热部件中[1-2]。
其中镍基高温合金是制造航空发动机的关键材料，是目前研究和使用最广泛的一类高温合金[3-4]。
镍基高温合金出色的高温力学性能是由于其具有稳定的γ/γ′双相结构。
然而钴基高温合金与镍基高温合金相比，具有更加优异的耐热腐蚀性和耐热疲劳性，但传统的钴基高温合金主要的强化方式为固溶强化和碳化物强化，限制了其发展[5-6]。
2006年，日本学者Sato 等[7]发现了具有γ′强化的Co-Al-W 高温合金。
铼(Re)对定向高温合金组织与性能的影响
２ 实验 结 果 与讨论
２１ Ｒ ． ｅ含量 对合金 的初熔 温度 的影 响 首先采用 差热分 析方 法 （ Ｓ 测 试 了合金 的熔 Ｄ Ｃ）
化 温 度 和 相 的 回 溶 温 度 ， 果 见 表 １ 结 。结 果 表 明 ，
合金 Ａ的熔化 温度范 围为 １５ ～１９ ｏ 相完全 回 ３ ５ ３ ５Ｃ，
和合 金 的高 温 持 久 寿 命 。
关键 词 ：定 向 高 温合 金 ； ｅ 组 织 ； 能 Ｒ ； 性
ＤｏＩ １ ． ９ ９ ｊｉｓ． ０ ５５ ５ ． ０ ０ ６ ０ ２ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ —０ ３ ２ １ ． ． ０
中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ． Ｇ１２ ３
文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｒ ｅ含 量 的 变化 对 定 向高 温 合 金 组 织 和 性 能 的 影 响 。结 果 表 明 ： 入 Ｒ 加 ｅ町提 高合 金 的 初 熔 温 度 和 相 的 回 溶 温
度 ；Ｒ ｅ的 含量 显著 影 响合 金 的 ＾ ｙ 共 晶相 形 态 和 相 的 尺 寸 和 形 态 ； 加 Ｒ 增 ｅ含量 ， 提 高 合金 的 室温 拉 伸 强 度 可
１ 实 验 材 料 与 方 法
实 验 用 母 合 金 在 ２ ０ ｇ真 空 感 合 金 Ｃ 的 熔 化 温 度 范 围 为 １６ ２ ４Ｃ； ３ １～ １９ ％ ， 相 完 全 回 溶 温 度 为 １８ ￣ 结 果 表 明 ， ３９ ２４Ｃ。 加
入 Ｒ ｅ可提高 相 的 回溶 温度 ， 同时合金 的 固液 相线
也有所提高 。
表 １ 合 金 的初 熔 温 度 和 ．相 的 回溶 温 度 ｙ
Ｔａ ｌ ｂｅ １ 一ｏｖ ｓ ｔｍｐｅａ ｕ ｅ ａ ｄ ｉｃｐｉｎ ｌｉｇ ｓ ｌｕ ｅ ｒｔ ｒ ｎ ｎ ｉ ｅ ｔｍｅｔｎ ｔｍｐ ｒ ｔ ｅ ｏ ｈｅ ａｌｙ ｅ ｅ ａｕｒ ｆｔ ｌ ｏ
多组元作用对第四代镍基单晶高温合金组织和高温低应力蠕变行为的影响
多组元作用对第四代镍基单晶高温合金组织和高温低应力蠕变行为的影响镍基单晶高温合金具有优异的高温综合性能,是先进航空发动机高压涡轮叶片的首选材料。
自本世纪以来,以含Re和Ru为特征的第四代单晶合金成为国际高温合金领域的主要研究重点之一。
由于单晶合金体系的合金化程度极高,多组元交互作用对组织与性能的影响机理复杂。
发挥各合金元素的有益作用,探索部分替代贵重金属Re和Ru的途径,以降低合金密度与成本是当代镍基单晶高温合金成分设计与优化中最具有挑战性的研究问题。
基于研究背景和课题组的前期研究工作,本论文系统研究了Co (～7.0/～15.0wt.%),Cr(～3.5/～6.0wt.%)、Mo(～1.0/～2.5wt.%)和Ru (～2.5/～4.0wt.%)等元素对γ和γ’两相的成分分配行为、γ/γ’错配度、组织稳定性(γ/γ’基体组织演变和TCP相析出)以及高温低应力条件下的蠕变性能、组织演变和位错组态的影响规律,分析了四种元素独立和交互作用对合金高温组织稳定性和高温低应力蠕变行为的影响机理。
标准热处理后各实验合金中丫和丫’两相的成分分析结果表明：Co和Ru元素降低了Re、W、Mo和Cr元素的γ/γ’两相成分分配比,而Cr和Mo则起相反作用。
结合各合金的平衡界面位错网络分析可知,在四种元素自身含量及其对γ/γ’两相成分分配行为影响的共同作用下,Cr、Mo和Ru三种元素提高了γ/γ’错配度大小；而Co对错配度大小起到降低的作用。
950℃和1100℃条件下的高温长期热暴露实验结果表明：Co和Ru降低了合金元素的扩散速率从而减缓丫’相的长大过程。
此外,Co降低γ/γ’错配度进而减小界面能成为其降低γ’相长大速率的另一重要原因。
由于Cr和Mo提高了γ相的过饱和程度,进而显著促进了TCP相的析出,特别是Cr的作用更为明显。
增加Co和Ru含量有利于提高γ相的固溶能力并降低其过饱和度。
因此,Co 和Ru元素抑制了TCP相的析出。
表面再结晶对单晶高温合金SRR99中温持久性能及断裂行为的影响
表面再结晶对单晶高温合金SRR99中温持久性能及断裂行为的影响张兵;刘德林;陶春虎;姜涛【摘要】利用喷丸预变形,研究了表面再结晶对SRR99单晶高温合金中温持久性能及断裂行为的影响.结果表明,表面再结晶对单晶合金中温持久寿命影响很大,760℃ /785 MPa条件下,厚度约为103μm的再结晶层(约占试样横截面面积8％)使合金中温持久寿命下降了约90％.再结晶层几乎没有承载能力,基体承受的实际应力增大,是导致合金持久性能下降的主要原因.此外,再结晶层与基体界面处的缺口效应也会使合金的持久寿命进一步降低.760℃/785MPa条件下,未再结晶试样的微观断裂方式为微孔聚集型断裂与滑移剪切断裂共存的混合型断裂,而再结晶试样则以纯滑移剪切的方式断裂.%The influence of surface recrystallization on the intermediate-temperature stress rupture property and fracture behavior of single crystal superalloy SRR99 was investigated by shot peening. The results show that the intermediate-temperature stress rupture property of the single crystal superalloy was greatly influenced by surface recrystallization. A recrystallized surface layer with the depth of a-bout 103 μm, accounting for about 8% of the fracture surface, resulted in a decrease in stress rupture life by nearly 90% . The recrystallized layers nearly haveno bearing capacity, and as a result, the actual stress on the matrix increases, which is the main reason of the remarkable decrease in stress rupture life. In addition, the notch effect resulting from recrystallization makes the stress rupture life decrease further. Under 760t /785MPa, the unrecrystallized specimens fracture under the co-effect of mierovoidcoalescence and shear by slip, while the fracture mode of the recrystallized specimens is pure shear fracture by slip.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】5页(P85-89)【关键词】单晶高温合金;再结晶;持久性能;断裂行为【作者】张兵;刘德林;陶春虎;姜涛【作者单位】北京航空材料研究院中航工业失效分析中心,北京100095;中航试金石检测科技有限公司,北京100095;北京航空材料研究院中航工业失效分析中心,北京100095;中航试金石检测科技有限公司,北京100095;北京航空材料研究院中航工业失效分析中心,北京100095;中航试金石检测科技有限公司,北京100095;北京航空材料研究院中航工业失效分析中心,北京100095;中航试金石检测科技有限公司,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TG132.3定向凝固和单晶高温合金广泛用于制造先进燃气涡轮发动机导向叶片及工作叶片等关键部件。
Re对单晶高温合金持久性能的强化作用
Re对单晶高温合金持久性能的强化作用Strengthen ing Effect of R e on Stress R up tu reP rop erties of Single C rystal Sup eralloys骆宇时,李嘉荣,刘世忠,孙凤礼,曹春晓(北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室,北京100095)LUO Yu2sh i,L I J ia2rong,L I U Sh i2zhong,SUN Feng2li,CAO Chun2x iao (N ati onal Key L abo rato ry of A dvanced H igh T em peratu re Structu ralM aterials,B eijing In stitu te of A eronau tical M aterials,B eijing100095,Ch ina)摘要:通过对四种不同R e含量的单晶高温合金1100℃ 140M Pa持久性能研究,探讨了R e对单晶高温合金持久性能的强化作用。
结果表明:合金的稳定性显著影响R e对高温持久性能的强化作用。
适量R e提高单晶高温合金的持久寿命,过量R e降低合金的稳定性,明显降低R e对合金的强化作用。
关键词:持久寿命;R e;强化作用中图分类号:T G13213+2 文献标识码:A 文章编号:100124381(2005)0820010205Abstract:T he stress rup tu re p rop erties of fou r batches of experi m en tal single crystal superalloys con tain ing vari ou s levels of R e w ere tested at1100℃ 140M Pa,and the strengthen ing effects of R e on the stress rup tu re p rop erties of single crystal superalloys at elevated tem peratu re w ere investiga2 ted1T he resu lts show ed that stab ility of single crystal superalloys sign ifican tly influenced the strengthen ing effects of R e on the stress rup tu re p rop erties1T he stress rup tu re p rop erties of single crystal sup eralloys w ere enhanced w ith app rop riate R e additi on,the stab ility of single crystal super2 alloys w ere dep ressed w ith superfluou s R e con ten t,therefo re the strengthen ing effects of R e in sin2 gle crystal sup eralloys w ere restrained obvi ou sly1Key words:stress rup tu re life;R e;strengthen ing effect R e显著影响单晶高温合金的性能,其对单晶高温合金的作用得到了广泛关注。
Re对镍基合金晶格错配度的影响
收科学基金资助 (50571070). 作者简介 : 王明罡 (1975—) , 男 , 吉林长春人 , 沈阳工业大学博士研究生 ; 田素贵
教授 , 博士生导师 , E - mail: tiansg@ stu1edu1cn.
( 1952—) , 男 , 山东单县人 , 沈阳工业大学
图 1 不同合金的 X射线衍射谱线 F ig11 X - ra y d iffra c tio n p a tte rn s o f the
d iffe re n t sup e ra llo ys ( a) —w ( Re) = 0; ( b) —w ( Re) = 2% ; ( c) —w ( Re) = 412%
Effects of Re on la ttice m isf it of n ickel - ba sed supera lloys
W AN G M ing2gang1, 2 , T IAN Su2gu i1 , YU X ing2fu1 , Q IAN B en2jiang1
( 1 Shenyang U n iversity of T echno logy, Shenyang 110178, C h ina; 2 C hangchun U n iversity of T echno logy, C hangchun 130012, C h ina)
高温蠕变期间在外加应力及晶格错配应力的共同作用下相的筏形化时间仅为相应的持久寿命为420133由于错配应力的减小及re的作用使化时间略有延长合金的组织稳定性增加其合金的持久寿命延长至96re增加到412080137mpa条件下的持久寿命增加到140072137mpa条件下测定出各自合金的持久寿命分别为98217h和250相筏形化时间及持久寿命table2enduringlifetimeraftedtimephasefodifferentsuperalloysphaseraftedtimestressrupturelifetimes080137mpa072137mpa429896217412140250re对镍基合金晶格错配度的影响213温度对两相晶格常数及错配度的影响2的镍基合金分别进行600800x射线衍射谱线测定选取相同局部角度的图谱示于图3其相应的两相分离峰示于合成衍射峰之下
Re对γ′相粗化行为的影响
Re 对 相粗化行为的影响马书伟 李嘉荣 侯淑娥 曾 强 郑运荣 颜鸣皋(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:研究了三种不同Re 含量(wt%)的新型单晶高温合金(DD6+0R e 合金,DD6+1Re 合金,DD6+2Re 合金)在1100 下的 粗化动力学。
结果表明,Re 可以有效地阻碍 相的粗化,提高 相的粗化激活能,从而可以Re 改善单晶高温合金的高温力学性能。
关键词:Re;高温合金; 相粗化中图分类号:T G115.21 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2000)03 0011 05含Re(2%~6%)是第二代、第三代单晶的主要特征[1,2]。
可以说Re 在第二代、第三代单晶高温合金中起着决定性的作用,它的加入对单晶高温合金的高温力学性能有较大的影响。
例如:(1)单晶高温合金中加入Re 可显著提高蠕变强度[3],PWA1480的W 降低并加入1.35at%Re,可使PWA1480在1000 /200MPa 条件下的持久寿命由118h 提高到223h;(2)单晶高温合金加入Re,一般在较大程度上能改变其疲劳性能[2,4]。
目前,我国为了研究高性能发动机,正在研制第二代单晶高温合金(其设计Re 含量<3w t%)。
但是迄今为上,人们对Re 在高温合金中的作用机理认识还不够深入,如Re 的强化机制是什么?Re 如何影响到合金的高温力学性能?对这些问题深入研究无疑对新型合金的研制和应用具有较大的理论及实用意义。
考虑到 是高温合金的主要的强化相,它的分布状态以及大小都直接影响到材料的力学性能。
材料在使用过程中 相的粗化速率直接影响到高温合金的高温性能。
为此,本文研究了Re 元素的加入对 相的粗化行为的影响,探讨了Re 对高温力学性能的影响。
1 相的粗化动力学相的粗化过程是一个Ni 的过饱和固溶体的沉淀析出过程。
它是一个由扩散控制的粒子长大过程。
在这个粗化过程中,小的粒子不断消溶,大的粒子不断长大。
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第15卷第11期Vol.15No.11中国有色金属学报The Chinese Journal of N onferrous Metals2005年11月Nov. 2005文章编号:10040609(2005)11165505R e对单晶高温合金高温高应力持久性能的影响①骆宇时,李嘉荣,刘世忠,孙凤礼,韩 梅,曹春晓(北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室,北京100095)摘 要:基于DD6合金成分,调整合金Re与Cr含量,浇注5种不同Re含量单晶高温合金。
通过对合金在1038℃,248MPa持久性能的测试及对合金断裂组织扫描、透射电镜观察与分析,探讨了Re对单晶高温合金高温高应力持久性能的影响。
结果表明:在高温高应力条件下,随合金中Re含量的单独增加,合金高温高应力持久寿命提高,而单位质量Re元素的强化作用减弱;合金Cr含量对合金高温高应力持久寿命有显著影响,Re含量增加的同时适当降低合金Cr含量,可使合金获得较高的持久寿命。
关键词:铼;持久寿命;DD6合金;强化效应中图分类号:T G146.4;T G132.3文献标识码:AE ffects of R e on stress rupture properties ofsingle crystal superalloys at elevated temperature and high stressL UO Yu2shi,L I Jia2rong,L IU Shi2zhong,SUN Feng2li,HAN Mei,CAO Chun2xiao (National Key Laboratory of Advanced High Temperat ure St ruct ural Materials,Beijing Instit ute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China)Abstract:The effects of Re on stress rupture properties of high ref ractory content single crystal Ni2base superal2 loys at elevated temperature and high stress were investigated.Based on the compositions of DD6alloy,five experi2 mental single crystal superalloys containing varied levels of Re and Cr were produced.High temperature stress rup2 ture tests were carried out at1038℃with an engineering stress of248MPa.The stress rupture life is found to be remarkably improved with Re addition but the strengthening effect of Re is depressed with increasing Re content only,and alloys can achieve rather longer stress rupture life by increasing Re content and decreasing Cr content at the same time.K ey w ords:rhenium;stress rupture life;DD6alloy;strengthening effect 随着航空发动机进口温度和效率的不断提高, Re作为单晶高温合金获得优异高温性能的关键元素,已经成为发动机叶片用材料———单晶高温合金不可缺少的添加元素。
Re对单晶高温合金的作用得到了广泛关注和重视。
不同研究者研究了Re对单晶高温合金组织特征[13]、合金元素扩散行为[4,5]、TCP相的形成及析出特征[6,7]等的影响,对Re影响单晶高温合金蠕变性能的研究也有报道[8,9]。
然而,关于Re对单晶高温合金高温高应力条件下的持久性能影响的研究报道并不多。
为充分研究Re在单晶高温合金中的作用,最大限度发挥Re的强化效应,合理利用Re元素,有必要深入研究Re对单晶高温合金高温高应力持久性能的影响。
据此,本文作者进行了这方面的研究。
1 实验实验用合金成分是以第二代单晶DD6合金成①收稿日期:20050715;修订日期:20050820作者简介:骆宇时(1978),男,博士研究生通讯作者:骆宇时,电话:010*********;E2mail:yushiluo.student@分为基础(DD6合金成分见文献[10]),调整Re与Cr含量,各合金Re与Cr的含量见表1。
采用螺旋选晶法在定向凝固炉上进行小炉熔炼及定向凝固,制得[001]取向d15mm试棒。
采用背射劳埃法测定晶体取向,用于实验的试棒其[001]结晶取向与试样主应力轴方向偏离不大于10°。
热处理后的试棒加工成标准高温持久性能用试样,在高温持久实验机上进行1038℃,248M Pa持久实验。
在S 3500N扫描电镜上观察断裂后组织。
在J EM 2000FX透射电镜下观察断裂试样薄膜,测定合金断裂组织中TCP相成分。
表1 5种合金中Re和Cr含量T able1 Contents of Re and Cr forstudied alloys(mass fraction,%)Alloy Re CrA0 4.3B 2.0 4.3C 3.0 4.3D 4.0 4.3E 4.0 2.02 结果与分析实验合金在1038℃,248M Pa条件下持久寿命见图1。
很明显,含Re的B、C、D、E合金于1038℃,248M Pa的持久寿命明显高于不含Re的合金A。
B合金的持久寿命达到了A合金的两倍多,C、D合金持久寿命达到了A合金的近3倍,而E合金持久寿命达到了A合金的近6倍。
显然, Re的添加是B、C、D、E合金持久寿命显著提高的关键原因。
与合金B相比,Re含量分别增加到3.0%、4.0%的C、D合金,其持久寿命提高并不多,这表明,单独增加合金Re含量对合金持久寿命的提高很有限。
与合金D相比,含Re量同样为4.0%的合金E持久寿命高达98.5h,其持久寿命提高近一倍。
就D、E合金成分而言,Cr含量的不同是其唯一差异,这表明合金中的Cr含量对合金高温持久寿命有显著影响,Cr含量的不同是两合金持久性能差异明显的主要原因。
图2所示为5种合金在1038℃,248MPa条件下持久断裂试样纵截面组织。
在图2中,所有合金γ′相都已充分筏排化。
对于A合金,断裂试样中的γ′筏排组织完善而整齐,显得粗大而且长;而B 合金断裂试样中的γ′筏排组织稍紊乱,显得细小而图1 合金在1038℃,248MPa条件下的持久寿命Fig.1 Stress rupt ure lives of single crystal superalloys at1038℃under248M Pa且短。
在图2(c)～2(e)中,C、D、E合金的γ、γ′组织都显得零乱而且分散,γ′筏排组织已发生较大程度的纵向合并,并已解筏。
同时,在合金C、D、E 断裂试样组织中发现有针状和片状TCP相析出。
与合金A、B的断裂组织明显不同的是,合金C、D 的断裂组织中典型的γ′筏排组织变少,析出的TCP 相将γ′筏排组织分割开,γ′筏排组织显得零乱而分散。
3 讨论3.1 R e的作用Re显著提高单晶高温合金高温性能[8,11]。
由图1可见,Re对单晶高温合金高温持久寿命有突出作用。
图1还表明,随Re含量的增加,合金持久寿命增加。
但由合金B、C、D的比较可知,相对于合金B,随Re含量的单独增加,合金C、D持久寿命的增加并不多,如图3所示。
B、C、D合金中单位Re含量对持久寿命的提高作用依次减小。
很明显,对于合金C、D,Re的强化作用未得到充分发挥。
对于合金E,Cr含量的降低,保证了Re的强化效应较充分发挥,使单位质量Re元素对持久寿命的提高作用显著增加。
对各合金持久断裂试样组织观察表明,在合金C、D、E枝晶干、枝晶间都有部分TCP相析出。
从表2可看出,随合金Re含量的单独增加,断裂组织中TCP相析出量增加。
而对于增加Re含量同时降低Cr含量的合金E,其断裂组织中TCP相析出量明显减少。
这说明,合金Re含量单独增加,合金・6561・中国有色金属学报 2005年11月图3 单位质量Re元素对合金持久寿命的提高作用Fig.3 Enhancement effect ofunit Re on st ress rupt ure lives(f)组织稳定性降低,Cr含量降低,合金组织稳定性增加。
Re对单晶高温合金具有突出强化效应的同时,强烈促进TCP相的形成[7]。
合金于1038℃,248 M Pa条件下的持久断裂组织表明,含Re的C、D、E合金有不同程度的TCP相析出。
合金持久寿命与其TCP相析出及分布见表2。
在1038℃,248 M Pa条件下,不含Re的合金A和含Re量为2%的合金B断裂组织中无TCP相析出;而含Re量分别为3%合金C、及4%的合金D和E,在枝晶干和枝晶间都析出较多的TCP相。
合金C在枝晶干析出约1.64%的TCP相;合金D在枝晶干析出高达6.21%的TCP相;而降低了Cr含量的合金E断裂试样中TCP相析出量明显减少。
可见,对于C、D、E合金,Re的高含量影响了合金高温持久条件下的组织稳定性。
尤其是C、D合金,高的Re含量的同时含高的Cr量,进一步降低了其组织稳定性,导致了在较短的持久时间内较多TCP相的析出。
3.2 TCP相的影响有研究认为单晶高温合金中少量TCP相对合金的蠕变性能影响不大[12,13],表2的数据表明,一・7561・第15卷第11期 骆宇时,等:Re对单晶高温合金高温高应力持久性能的影响定量的TCP相析出对合金C、D的高温高应力持久寿命有明显影响。
表3所列为C、D、E合金TCP 相成分,相成分数据表明,TCP相的析出,消耗了对合金高温强度起关键作用的合金元素如W、Re 等,从而贫化了合金相中高熔点元素。
基体中高熔点元素的贫化使两相间合金元素的扩散加剧,弱化了γ′及两相界面。
同时,析出的TCP相将合金中对位错运动起主要阻碍作用的γ′筏排组织分割开(图2(c)、2(d)),削弱了γ′筏排组织对位错的阻碍作用。
另外,TCP相的析出,可使位错受阻于TCP 相,并塞积,最终微裂纹易沿TCP相形成。