一种镍基单晶高温合金的高温蠕变行为

１ 实 验 方 法
实验合金 为第一代镍基 单晶高温合 金 ， 成分 组成
为 Ｎ ｉ ． Ｃ ｒ ． ｗ— Ｔ ａ — Ａ ｌ — ｃ ０ ． Ｔ ｉ ． Ｍ ｏ系 统。恒 载 荷 拉 伸 蠕 变 实 验 在 高温 蠕 变试 验 机 上进 行 ， 施 加 的应 力 范 围为 １ ６ ０～ ２ ２ ０ ＭＰ ａ ， 实 验温度 为 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ。炉温 由放 在试 样 标距部 分的上 、 中、 下三 根铂 铑热 电偶控 制 ， 温度控 制 在 ± ２ ℃ 以内。蠕变应变 由连接在蠕 变试样 两肩部 的 引伸仪 定时测 量 ， 精 度达 ５ Ｘ １ ０ ～～ ５ Ｘ １ ０ ～， 实验 环 境为空 气 。大部分试样 拉至断裂 ， 部分试 样 中途 带载 停至室 温用于位错亚 结构 的观察 。利用 Ｊ Ｓ Ｍ一 ６ ３ ０ １型
２ 实验 结 果 与讨 论
２ ． １ 合 金 的 高 温 蠕 变 行 为
图 １给 出 了实 验 合 金 在 １ ０ ０ ０ ℃ 下 的 典 型蠕 变 曲线 。为 了更 加全 面 的考察 合 金 蠕 变 应 变 、 蠕 变 速
率和 时 间之 间的对 应 关 系 ， 对 蠕 变数 据 采 用 两 种形 式进 行表 述 ， 分别为应变量一 时间 （ 图 １ ａ ） 和应 变 速
为： 外加 应力 （ 载荷 ） 超 过位错 切 割 所 需 的临 界应
力， 从 而造 成 大 幅 度 的 初 始 阶 段 应 变 ’ 。 这 种 现 象与 ｛ １ １ １ ｝ （ １ １ ２ ） 滑移 系位 错 的开 动有 关 ， 而 在所
需 滑移 系无法 开 动 时 ， 蠕 变初 始 阶段 的应 变 也将 受
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ — ５ ０ ５ ３ ． ２ ０１ ３ ． ３ ． ０ ０ １
中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ ３ ２ ． ３ ２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ５ — ５ ０ ５ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ０ ０ １ － ０ ５
表明 ： 合 金 蠕 变 速 率 呈 现 出先 减 小 再 增 大 的 变 化 趋 势 ， 当应变量 达到一 定临界值 （ １± ０ ． ２ ） ％后 ， 变 形 速 率 迅 速 上 升， 蠕 变 进 入 第 三 阶段 。高 温 蠕 变 初 始 阶段 的 主要 变形 机 制 为 ａ ／ ２ （ １ １ ０ ） ｛ １ １ １ ｝ 型 位 错 环 在 基 体 内 运 动 。 合 金 在 高 温 蠕 变 稳 态 阶 段 的 主 要 变 形 机 制 为 位 错 切 割 相 ， 切割位错主要有螺型位错对和 ［ ０ ０ １ ］ 超位错两种形式。 关键 词 ： 单 晶高 温 合 金 ； 高温 ； 蠕变 ； 位 错
镍 基单 晶高 温合 金 以其优 异 的力学 性能 和承 温
能力成 为航 空发 动机 叶 片的关 键材 料 ¨ 。在 服 役 状 态下 ， 叶 片受 到高 温和 离心力 的共 同作 用 ， 因此 高
低 应力蠕 变 行为进 行 了研究 ， 并 就应力 、 温度 对合 金
蠕 变行 为 、 变形 与断 裂 机 制 的影 响进 行 了分 析 和 讨
（ １ ． 北京航空材料研究 院 先进高温结构材料重点实验 室 ， 北京 １ ０ ０ ０ ９ ５ ； ２ ． 北京 科 技 大 学 新 金 属 材 料 国 家 重 点 实 验 室 ， 北
京 １ ０ ０ ０ ８ ３）
摘要 ： 采 用 扫描 电镜 、 透 射 电镜 等 方 法 研 究 了一 种 镍 基 单 晶 高 温合 金 在 １ ０ ０ ０ ％ 的 高 温 低 应 力 蠕 变 行 为 。实 验 结 果
面位错 网的形 成是 蠕 变 变 形 的 主要 特 征 ， 但 对 于蠕 变硬 化 、 回复 机制 以及 断 裂机 制 仍 然 存 在 大 量 有 待
研究 的 问题 。
场发射 扫描电镜和 Ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｉ Ｇ ２ ０型透射 电镜 （ Ｔ Ｅ Ｍ） 对 蠕变实 验后 的样 品进行 观察和分 析。
到 限制 。在 ８ ５ ０ ｏ Ｃ左右 时单 晶合 金 的蠕 变 速 率 一般
表 现为 随应 变增 加 而 单调 上 升 ， 并 不 出现 稳 态 蠕 变
阶段 ’ 。其 主要变 形机 制为 ｛ １ １ １ ｝ （ １ １ ０ ） 八 面 体 滑 移 系统 开动 ， 并 以滑 移 和 攀 移 的 方 式 越 过 ＾ ｙ 相， 此 条件 下 粒 子 形 貌 基 本 保 持 完好 ¨ 。随着 使 用 温 度 的不 断提 高 ， 单 晶高 温 合金 在 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ以上 条 件 下 的高温低 应力 蠕变 机制 也受 到研 究者 的关 注 。 已有 大量 研 究 表 明 ” ： 在高温下 ， 相 的筏 形 化 和表
第３ ３卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ６月
航
空
材
料
学
报
Ｖ０ １ ． ３３．Ｎｏ ．３
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ Ｏ Ｆ ＡＥ ＲＯＮＡＵＴ Ｉ ＣＡＬ ＭＡＴ ＥＲ Ｉ ＡＬ Ｓ
Ｊ ｕｎ ｅ ２ ０１ ３
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一
种 镍 基 单 晶 高温 合 金 的 高温 蠕 变 行 为
张 剑 ， 赵 云 松 ， 骆 宇 时 ， 贾玉 亮 ， 杨 帅 ， 唐定 中
论， 以期 深入 了解 单 晶合金 高温蠕 变 变形机 制 ， 为完 善镍 基单 晶高温合 金 的蠕变 理论 提供参 考 。
温 蠕变 变 形 和 断 裂 是 其 失 效 的 主 要 形 式 之 一 。 研究 者 针对镍 基单 晶 高温 合 金 在 不 同 温度 、 应 力条
件 下 的蠕 变机制 开展 了大量 的研究 工作 。在 较低 温 度下 ， 尤其是 ７ ５ ０ ｏ Ｃ左 右 的蠕 变 变 形 机 制 已 经 得 到 较 为充 分 的 了解 。此 条 件 下 的蠕 变 变 形 主 要 特 征