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镍基单晶高温合金二次γ相的析出行为及其对蠕变性能的影响研究

摘要

本文所选用的合金为北京航空材料研究院自主研发的一种低铼含量的二代镍基单

晶高温合金DD6。其中,γ相作为合金中最重要的强化相,其尺寸,形貌,数量和分布

对DD6高温合金的性能有很大影响。但是目前,在高温作用下,关于二次γ沉淀相的形

成原因和形貌演化特征仍缺乏研究;二次γ沉淀相的存在对高温低应力蠕变性能的影响

仍缺乏全面深入的理解。本文主要对镍基单晶高温合金二次γ相的析出特征与机制进行

研究,探索了镍基单晶合金二次γ相的析出规律,分析和研究镍基单晶合金在高温范围

内二次γ相的强化机制和强化效果,对进一步优化镍基单晶高温合金热处理制度设计以

及镍基合金力学性能和耐高温性能提供数据支持。

本文以标准热处理态DD6合金作为研究样本。对标准热处理之后的合金在1100℃

分别保温10min、30min、60min,并以炉冷、空冷、水冷三种冷速冷却至室温。通过场

发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜分析发现不同冷速对组织

形貌有着强烈的影响。在空冷条件下,基体通道处分布着大量二次γ相,随时间的延长,

其形貌由球形→立方形→蝴蝶状,尺寸也随之增加;在炉冷条件下,基体通道中分布大

量细小的球状二次γ相;在水冷条件下,基体通道中无二次γ相分布。在高温热处理过

程中,初始γ相边缘开始出现裂缝,并随着时间的延长呈现出锯齿状及大面积分解行为,

γ/γ相界面正负型刃型位错相遇发生湮灭,导致初始γ相呈现出定向分解的行为。

另外,对标准热处理态的合金在1100℃/137MPa条件下进行2h、50h、110h中断及

断裂高温蠕变测试。研究结果表明合金在高温蠕变过程中会在基体中析出μ相和大量球

状或立方状的二次γ相,对合金的蠕变寿命产生非常不利的影响。二次γ相会使基体中

原本规则的晶格在γ/γ2nd两相界面产生一定程度的错配,导致位错在界面处发生阻塞,

使原本细密的位错网变得不再规则;同时,大量细小的二次γ相颗粒对位错进行了“吞

噬”,可以有效的消除位错网,使合金的蠕变寿命大大降低。

关键词:镍基单晶高温合金;显微组织;二次γ相;高温时效热处理;高温低应力蠕变

镍基单晶高温合金二次γ相的析出行为及其对蠕变性能的影响研究

ABSTRACT

Thealloyselectedinthisthesisisasecond-generationnickel-basedsingle-crystalhigh-

temperaturealloyDD6withlowrheniumcontentindependentlydevelopedbytheBeijing

InstituteofAeronauticalMaterials,inwhichtheγphase,asthemostimportantreinforcing

phaseinthealloy,hasagreatinfluenceonthepropertiesofDD6high-temperaturealloyin

termsofitssize,morphology,quantityanddistribution.However,atpresent,thereisstillalack

ofresearchonthereasonsfortheformationandmorphologicalevolutioncharacteristicsofthe

secondaryγprecipitatedphaseathightemperatures,andalackofcomprehensiveandin-depth

understandingoftheeffectsofthepresenceofthesecondaryγprecipitatedphaseonthe

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