本科毕设答辩ppt
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1、研究背景
研究背景
2、实验材料
研究内容
3、实验方法与结果分析
研究方4、案实验结论
研究背景 研究内容 研究方案
1 研究背景
1.1 高温合金的发展历程 1.2 镍基单晶高温合金的相组成 1.3 高温蠕变过程的组织演变行为
1.1 高温合金的发展历程
图1.1 航空发动机涡轮叶片制备工艺及承温水平
随镍着基航高空温发合动金机由对于推其重优比异要的求高的温不蠕断变提性高能，、必抗然氧导化致性涡能轮等前，温成度为的制进备一航步空上发升动，机涡轮 在叶使片用的各首种选冷材却料技。术与热障涂层后，裸合金承受温度仍将达到1200摄氏度。 因制此备，工有艺必：要传研统究铸1造20（0℃多下晶单）晶-定高向温铸合造金（的定各向项晶性）能-。单晶高温合金。
1.1 镍基单晶高温合金的相组成
研究背景
γ相：面心立方结构， 对强化元素有较高的固溶度
研究内容
γ’相：重要的析出强化相，通常情况下与 基体γ相共格或者半共格，面心立方L12超 有序结构
图1.2 镍基高温合金标准热处理态组织[1]
M, F. and L. T. Metallurgical Transactions A, 1989. 7(20): p. 1233-1238.
γ'相形成元素含量 at％
实验材料
MS32 IC21 IC21SA
Ta元表素2.含2 量实验合金名义成分（at％）
Al元素含量
Al
Ta
Mo
W
Re
Ni
13.2
2.0
5.0
0
1.0
Bal.
15.9
0
7.7
0
0.5
Bal.
16.9
1.3
5.6
0
0.5
Bal.
三种合金的γ'相形成元素含
γ相强化元素
量基本呈阶梯状上升
5.75
4.2
7.2
6Leabharlann Baidu0
12.5
1.4
—
5.4
—
—
0.15
0.05
0.004
—
Bal
N6
MC-
NG 在高6.0温合金4.0 的众5.0多性5能.0 中，— 高温1.0持久0寿.5 命是4.0 衡量4.高0 温合— 金性0.1能的—一项重— 要指—标。Bal
镍基单晶高温合金设计思路复杂，所含元素众多，每种元素的含量及各 第四
EPM-
代
高温持久过程中一般会经历三个典型蠕变阶段。 5.55
2.0
8.25
6.0
16.5
2.0
—
5.95
3.0
102
—
0.15
0.03
—
—
Bal
元素间相互作用均有可能影响最终的合金性能，对各类合金元素可进行 TMS-
5.8
2.9
5.6
5.8
5.8
3.9
—
4.9
6.0
—
0.09
—
—
—
Bal
162 蠕变第一阶段（减速）、蠕变第二阶段（稳态）及蠕变第三阶段（加速）。
—
—
0.2
—
—
—
Bal
N5
CMSX
5.7
2.0
8.0
5.0
3.0
0.4
0.2
6.0
—
—
0.03
—
—
—
Bal
-10
第三
TMS-
代
138
5.9
2.9
5.6
5.9 图 51.9.3 高温2.9合金典—型的蠕4.9变曲线2.0[2]
—
0.1
—
—
—
Bal
Rene
Reed RC. The Superalloys Fundamentals and Applications[M]. Cambridge University Press; 2006.
1.3 高温蠕变过程的组织演变行为
Al
Cr
Ta
W
Co
Mo
Ti
Re
Ru
Nb
Hf
C
B
Zr
Ni
PWA1 5.0
480
a10.0
12.0
4.0
b5.0
—
1.5
—c
—
—
—
—
—
—
Bal
第一
Rene
代
3.7
9.0
4.0
6.0
8.0
2.0
4.2
—
—
0.5
—
—
—
—
Bal
N4
SRR99
5.5
8.0
12.0
10.0
5.0
实验方法与结果--1200℃/60Mpa持久性能试验
实验材料
表 2.1 实验合金名义成分（wt％）
Al
MS32
5.9
Ta
Mo
W
6.2
8-9.5
0
Re
Ni
3
Bal.
IC21
7.5
0
13-15
0
1.5
Bal.
IC21SA
8.0
3.0
9.5-10.5
0
1.5
Bal.
γ’相形成元素
γ相强化元素
MS32为富Mo强化（8Mo wt％）的镍基单晶高温合金； IC21 为富铝（7.5Al wt％）富钼（13Mo wt％）强化的Ni3Al基单晶高温合金； IC21SA在IC21的基础上降低3.5 wt％Mo元素，同时添加0.5 wt％Al元素与3 wt％Ta元素。
—
2.2
—
—
—
—
—
—
—
Bal
PWA1
5.6
5.0
9.0
6.0
10.0
2.0
—
3.0
—
—
0.1
—
—
—
Bal
484
第二
CMSX
5.6
6.5 蠕变第6.5 一阶段6.4
9.6 蠕变0第.6 二阶1段.0
3.0 蠕变— 第三阶— 段 0.1
—
—
—
Bal
代
-4
Rene
6.2
7.0
7.0
5.0
8.0
2.0
—
3.0
一次时效制度 1120°C/2 h 1100℃/2 h
1150℃/2 h
二次时效制度 870 °C/32 h 870 ℃/32 h
870 ℃/32 h
研究背景 研究内容 研究方案
3 实验方法与结果分析
3.1 热处理态组织观察 3.2 热暴露淬火试样能谱分析 3.3 持久断裂试样不同位置组织观察 3.4 持久断裂试样横纵截面位错状态观察
粗略分类。
实验思路
设计γ'相形成元素含量增长的三种合金 获得不同的γ'相体积百分数
观察γ'相体积分数对高温持久过程组织演变行为的影响 观察不同的组织演变行为对位错运动及失效模式的影响 分析γ’相组织演变行为对单晶高温合金1200℃持久性能的影响
研究背景 研究内容 研究方案
2 实验材料
2.1 实验合金的名义成分 2.2 实验合金的热处理制度
研究方案 然镍而基在高12温0合0℃金下通，常γ由’相γ将相发（生基显体著相的）回与熔γ’相，（造析成出服强役化状相态）下组γ’相成体；积分数的下降，
因传此统在理12论0认0℃为下[1]超，高保温持服γ’相役体条积件百下分，数有在必6要0将-7传0％统，高并温通合过金热中处较理少制考度虑得的到γ’尺相寸体均积一分排数列， 作整为齐一的个γ影’相响和因联素通进的行γ通考道量，。高温合金拥有最优异的综合性能。
MS32
IC21
IC21SA
图2.1 三种合金γ’相形成元素含量对比
实验材料
MS32 IC21 IC21SA
表2.3 三种单晶高温合金的标准热处理制度
固溶制度
1315 °C/10 h + (1330-1340)°C/20 h
1310 ℃/10 h + (1310-1330)℃/10 h
1320 ℃/10 h + (1330-1345)℃/10 h
研究背景
2、实验材料
研究内容
3、实验方法与结果分析
研究方4、案实验结论
研究背景 研究内容 研究方案
1 研究背景
1.1 高温合金的发展历程 1.2 镍基单晶高温合金的相组成 1.3 高温蠕变过程的组织演变行为
1.1 高温合金的发展历程
图1.1 航空发动机涡轮叶片制备工艺及承温水平
随镍着基航高空温发合动金机由对于推其重优比异要的求高的温不蠕断变提性高能，、必抗然氧导化致性涡能轮等前，温成度为的制进备一航步空上发升动，机涡轮 在叶使片用的各首种选冷材却料技。术与热障涂层后，裸合金承受温度仍将达到1200摄氏度。 因制此备，工有艺必：要传研统究铸1造20（0℃多下晶单）晶-定高向温铸合造金（的定各向项晶性）能-。单晶高温合金。
1.1 镍基单晶高温合金的相组成
研究背景
γ相：面心立方结构， 对强化元素有较高的固溶度
研究内容
γ’相：重要的析出强化相，通常情况下与 基体γ相共格或者半共格，面心立方L12超 有序结构
图1.2 镍基高温合金标准热处理态组织[1]
M, F. and L. T. Metallurgical Transactions A, 1989. 7(20): p. 1233-1238.
γ'相形成元素含量 at％
实验材料
MS32 IC21 IC21SA
Ta元表素2.含2 量实验合金名义成分（at％）
Al元素含量
Al
Ta
Mo
W
Re
Ni
13.2
2.0
5.0
0
1.0
Bal.
15.9
0
7.7
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0.5
Bal.
16.9
1.3
5.6
0
0.5
Bal.
三种合金的γ'相形成元素含
γ相强化元素
量基本呈阶梯状上升
5.75
4.2
7.2
6Leabharlann Baidu0
12.5
1.4
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5.4
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0.15
0.05
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Bal
N6
MC-
NG 在高6.0温合金4.0 的众5.0多性5能.0 中，— 高温1.0持久0寿.5 命是4.0 衡量4.高0 温合— 金性0.1能的—一项重— 要指—标。Bal
镍基单晶高温合金设计思路复杂，所含元素众多，每种元素的含量及各 第四
EPM-
代
高温持久过程中一般会经历三个典型蠕变阶段。 5.55
2.0
8.25
6.0
16.5
2.0
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5.95
3.0
102
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0.15
0.03
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Bal
元素间相互作用均有可能影响最终的合金性能，对各类合金元素可进行 TMS-
5.8
2.9
5.6
5.8
5.8
3.9
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4.9
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0.09
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Bal
162 蠕变第一阶段（减速）、蠕变第二阶段（稳态）及蠕变第三阶段（加速）。
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0.2
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N5
CMSX
5.7
2.0
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第三
TMS-
代
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5.9
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5.9 图 51.9.3 高温2.9合金典—型的蠕4.9变曲线2.0[2]
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Reed RC. The Superalloys Fundamentals and Applications[M]. Cambridge University Press; 2006.
1.3 高温蠕变过程的组织演变行为
Al
Cr
Ta
W
Co
Mo
Ti
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N4
SRR99
5.5
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实验方法与结果--1200℃/60Mpa持久性能试验
实验材料
表 2.1 实验合金名义成分（wt％）
Al
MS32
5.9
Ta
Mo
W
6.2
8-9.5
0
Re
Ni
3
Bal.
IC21
7.5
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13-15
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1.5
Bal.
IC21SA
8.0
3.0
9.5-10.5
0
1.5
Bal.
γ’相形成元素
γ相强化元素
MS32为富Mo强化（8Mo wt％）的镍基单晶高温合金； IC21 为富铝（7.5Al wt％）富钼（13Mo wt％）强化的Ni3Al基单晶高温合金； IC21SA在IC21的基础上降低3.5 wt％Mo元素，同时添加0.5 wt％Al元素与3 wt％Ta元素。
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2.2
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6.5 蠕变第6.5 一阶段6.4
9.6 蠕变0第.6 二阶1段.0
3.0 蠕变— 第三阶— 段 0.1
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6.2
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一次时效制度 1120°C/2 h 1100℃/2 h
1150℃/2 h
二次时效制度 870 °C/32 h 870 ℃/32 h
870 ℃/32 h
研究背景 研究内容 研究方案
3 实验方法与结果分析
3.1 热处理态组织观察 3.2 热暴露淬火试样能谱分析 3.3 持久断裂试样不同位置组织观察 3.4 持久断裂试样横纵截面位错状态观察
粗略分类。
实验思路
设计γ'相形成元素含量增长的三种合金 获得不同的γ'相体积百分数
观察γ'相体积分数对高温持久过程组织演变行为的影响 观察不同的组织演变行为对位错运动及失效模式的影响 分析γ’相组织演变行为对单晶高温合金1200℃持久性能的影响
研究背景 研究内容 研究方案
2 实验材料
2.1 实验合金的名义成分 2.2 实验合金的热处理制度
研究方案 然镍而基在高12温0合0℃金下通，常γ由’相γ将相发（生基显体著相的）回与熔γ’相，（造析成出服强役化状相态）下组γ’相成体；积分数的下降，
因传此统在理12论0认0℃为下[1]超，高保温持服γ’相役体条积件百下分，数有在必6要0将-7传0％统，高并温通合过金热中处较理少制考度虑得的到γ’尺相寸体均积一分排数列， 作整为齐一的个γ影’相响和因联素通进的行γ通考道量，。高温合金拥有最优异的综合性能。
MS32
IC21
IC21SA
图2.1 三种合金γ’相形成元素含量对比
实验材料
MS32 IC21 IC21SA
表2.3 三种单晶高温合金的标准热处理制度
固溶制度
1315 °C/10 h + (1330-1340)°C/20 h
1310 ℃/10 h + (1310-1330)℃/10 h
1320 ℃/10 h + (1330-1345)℃/10 h