单晶高温合金dd6高温显微组织演化规律研究
单晶高温合金dd6高温显微组织演化规律研究
单晶高温合金DD6是一种具有优异高温力学性能和耐蠕变性
的材料，被广泛应用于航空、航天等领域。
DD6高温合金的显微组织演化规律主要涉及相变、析出和晶
粒长大等过程。下面将对这些过程进行详细说明：
1. 相变：DD6高温合金在高温条件下经历固溶和析出相变过程。固溶是指合金中的元素在固态溶解于基体中，形成固溶体。在高温条件下，固溶体会发生析出相变，即固溶体中的溶质元素会形成析出相。相变过程中的原子重排和位错运动是影响显微组织演化的重要因素。
2. 析出：DD6高温合金中的析出相主要包括γ'相和γ"相。γ'相
是由镍、铝和钛等元素组成的强化相，γ"相是由硼、铌和钛等
元素组成的强化相。在高温合金的固溶体中，这些硬质相会从固溶体中析出出来。析出过程中的相间相互作用、成核和生长是影响析出相形貌和尺寸的关键因素。
3. 晶粒长大：在高温合金中，晶粒长大是显微组织演化的一个重要过程。晶粒长大是指晶粒之间的相互吞噬和扩张，使得晶粒尺寸增大。晶界能的降低和晶粒边界的运动是晶粒长大的驱动力。
通过对DD6高温合金显微组织演化规律的研究，可以进一步
优化合金的热处理工艺和合金设计，提高其高温力学性能和耐蠕变性能。
DD6单晶高温合金振动疲劳性能及断裂机理
DD6单晶高温合金振动疲劳性能及断裂机理 刘丽玉;高翔宇;杨宪锋;何玉怀 【摘要】Room Temperature vibration fatigue S-N curves of single crystal superalloy DD6 with [001] orientation was investigated and room temperature vibration fatigue limit was obtained .The fracture mechanism was studied by OM ,SEM and EBSD .The results show that based on S-N method ,vibra-tion fatigue limit of DD6 single crystal superalloy with [001] orientation is estimated to be around 337 .5M Pa .Vibration fatigue fracture presents single or several {111} octahedral slip planes .SEM observations show that fracture has two regions :fatigue source region and the fatigue crack propaga-tion regions ,the fatigue cracks initiate at the surface or internal defect of the cross-section with the maximum stress ,and exhibits a single source feature ,fatigue crack propagation region exhibits quasi-cleavage fracture ,no typical fatigue striation feature .Crystal plane slip along {111} is the main de-formation mechanism of RT vibration fatigue fracture of single crystal superalloy DD 6 ,quasi-cleavage propagation plane in fracture and quasi-cleavage patterns in microstructure are the main features of RT vibration fatigue fracture of single crystal superalloy DD 6.%研究[001]取向的DD6单晶高温合金的室温振 动疲劳S-N曲线,并获得了其室温振动疲劳极限.利用体视显微镜、扫描电子显微镜、背散射衍射等手段对DD6单晶高温合金振动疲劳断裂机制进行分析.结果表明:采 用S-N法估算得到的[001]取向的DD6单晶高温合金室温振动疲劳极限约为337.5M Pa.振动疲劳裂纹断口呈现单个或多个沿{111}晶体学扩展平面组成的形貌
高温合金材料设计与制备的基础探讨(ppt 26页)
高温合金材料设计与制备的基础探讨(ppt 26页)
项目名称：高温合金材料设计与制备的基础研究首席科学家：孙晓峰中国科学院金属研究所起止年限：2010年1月-2014年8月 依托部门：中国科学院
（3）热加工过程中高温合金的组织演变及性能调控 高温合金塑性加工过程中的微观组织演变动力学及性能调控，高合金化难变形合金的热塑性变形机理；考虑第二相演变的组织预测模型；粗晶和混晶等典型组织缺陷的控制。原始粉末颗粒边界(PPB)的形成机理；粉末高温合金中夹杂物的演变规律；PPB和夹杂物导致粉末高温合金的失效模式。合金雾化过程中熔滴与雾化气体之间两相流流动的热量与动量传输规律；喷射成形沉积坯凝固组织及缺陷的形成和演变规律；电磁场作用下高温合金熔体流动和枝晶生长规律；电场对高温合金强化相溶解和析出的影响规律。 （4）高温合金的损伤机制及表面防护基础理论 高温合金长期组织稳定性以及长时服役条件下组织演变和性能变化规律；典型高温合金部件的损伤和失效模型；高温合金材料的寿命预测理论和方法。高温合金在服役环境中的氧化腐蚀机理；高温合金元素与金属防护涂层之间的热扩散与阻扩散机制；涂层界面成分、界面结构、界面热物性在服役条件下的自适应匹配与相容性；新一代长寿命“自适应型”超高温防护涂层材料设计。 2. 主要研究内容 通过对高温合金成分设计、强化机理、纯净化熔炼、凝固缺陷控制、塑性变形加工、粉末冶金、喷射成形、高温腐蚀与防护、损伤机理及寿命预测等问题开展研究工作，建立高温合金的成分设计――制备成形――组织控制――使役性能之间的关系，形成先进高温合金材料设计和制备加工的基础理论体系。 具体研究内容分为以下几个方面： （1）单晶高温合金成分设计及强韧化机理 研究合金元素在高温合金中的分布、扩散规律及交互作用， 、碳化物、TCP 等析出相的形成和变化规律，晶界和相界几何结构、界面能与化学成分之间的关系；阐明700-1200o C高温下位错和第二相粒子与固溶强化原子或原子团簇的交互作用规律，从微观和介观尺度上揭示Re、Ru、W、Mo等合金元素强韧化的本质；研究高温合金微合金化的基本原理，确定复杂多元体系中合金元素的最佳匹配关系，完善非平衡凝固条件下高温合金成分设计准则。 （2）高温合金纯净化冶炼及凝固成形与缺陷控制 研究高温合金熔体杂质元素去除动力学和热力学理论及合金与坩埚、陶瓷等介质界面冶金化学与热力学行为，掌握熔体纯净度及高温熔体处理对定向凝固液/固界面行为和组织特征的影响规律；采用试验与模拟相结合，研究多场耦
镍基单晶高温合金研究进展
镍基单晶高温合金研究进展 孙晓峰，金涛，周亦胄，胡壮麒 （中国科学院金属研究所，沈阳 110016） 摘要：单晶高温合金具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。由于采用定向凝固工艺消除了晶界，单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素，使合金的初熔温度提高，能够在较高温度范围进行固溶和时效处理，其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高。经过几十年的发展，单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。本文从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面，简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。 关键词：单晶高温合金；强化机理；定向凝固；各向异性 Research Progress of Nickel-base Single Crystal Superalloys Sun Xiaofeng, Jin Tao, Zhou Yizhou, Hu Zhuangqi (Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China) Abstract:Single crystal superalloys have been widely used to make turbine blades and guide vanes for aero-engines and industrial gas turbines because of improved strength, creep-rupture, fatigue, oxidation and hot corrosion properties as well as stable microstructure and reliability at high temperature environments. After removal of grain boundary by using directional solidification technique, grain boundary elements which decrease the incipient melting temperature were reduced remarkably in single crystal superalloys. Consequently, the solution and aging treatment of single crystal superalloys can be done at higher temperature due to the enhanced incipient melting temperature, and then the high temperature strength of single crystal superalloys is higher than that of equiaxed and directionally solidified superalloys. There were great progress on approach of alloy design, relationship between structure and mechanical performances, process of pure smelting and processing of directional solidification in the last decades. The present work reviews these progress from compositions of alloys, role of elements, mechanism of strengthening, anisotropy of mechanical properties, procedure of solidification, control of defects and processing of single crystal superalloys. Key words：single crystal superalloy；mechanism of strengthening；directional solidification；anisotropy of properties —————————————————— 基金项目：国家973计划项目（2010CB631206） 通讯作者：孙晓峰，男，1964年生，研究员，博士生导师
单晶超合金高温服役损伤机理研究
单晶超合金高温服役损伤机理研究 随着工业的发展和技术的不断进步，高温合金作为一种高性能 材料被广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域。单晶超合金 作为高温合金中的一种，因其具有良好的高温耐力、抗氧化性能 和高温力学性能而得到广泛关注。然而，单晶超合金在高温服役 过程中，由于受到各种因素的影响，会产生各种损伤，影响其使 用寿命和性能稳定性。因此，对单晶超合金高温服役损伤机理的 研究具有重要的意义。 1. 高温服役损伤的分类 单晶超合金在高温服役过程中，主要损伤形式包括塑性变形、 疲劳、氧化、热疲劳、腐蚀等。其中，塑性变形是单晶超合金高 温服役过程中最常见的损伤形式之一。塑性变形主要发生在单晶 超合金的高应力、高温环境下，由于晶界不能有效阻止晶体的滑 移和滑移跳跃，导致晶体发生塑性变形。此外，单晶超合金在高 温环境中还会发生热疲劳和氧化损伤，这些损伤形式都会严重影 响单晶超合金的使用寿命和性能。 2. 塑性变形的机理 塑性变形是单晶超合金高温服役过程中最常见的损伤形式之一，其机理主要包括材料的塑性形变，晶胞的位错滑移和滑移跳跃， 晶体的滑移、滑移跳跃和断裂等。单晶超合金中的塑性变形主要
由晶体的塑性滑移和变形引起，滑移跳跃导致变形位错在晶界区 域附近聚集形成孪晶界，最终导致材料的失效。 3. 热疲劳的机理 热疲劳是单晶超合金高温服役过程中另一个常见的损伤形式。 热疲劳主要是由于材料在高温环境下，由于热应力和热膨胀引起 的塑性变形和滑移跳跃等引起的斑点、裂纹、孪晶等损伤形式。 单晶超合金中，由于材料的晶体取向影响晶体的滑移和滑移跳跃，导致不同晶格朝向的晶体在高温环境下受到不同的热应力和热膨 胀的影响，从而导致不同的热疲劳损伤。 4. 氧化损伤的机理 氧化是单晶超合金高温服役过程中另一个常见的损伤形式。在 高温氧化环境下，单晶超合金中的元素会与氧反应形成氧化层， 从而导致元素析出和损伤。单晶超合金中主要的氧化元素是铝、 铬和钴等，当氧化层形成时，铝、铬和钴等元素会被激活，从而 促进氧化反应的进行。 5. 腐蚀损伤的机理 腐蚀是单晶超合金高温服役过程中少见但重要的损伤形式之一。腐蚀主要是由于材料在高温、高湿或制备过程中受到有害物质的 腐蚀而引起。单晶超合金中常见的有害物质包括氯、硫和氧化物
DD6镍基单晶涡轮转子叶片失效分析
DD6镍基单晶涡轮转子叶片失效分析 胡霖;佟文伟;高志坤;韩振宇 【摘要】为了排除某航空发动机DD6镍基单晶高温合金涡轮转子叶片在室温振动试验中发生的裂纹故障,对故障叶片进行了外观检查、断口分析、表面检查、解剖检查、化学成分分析、金相检查、应力分布计算及热模拟试验,确定了故障叶片裂纹的性质和产生原因.结果表明:涡轮转子叶片裂纹为高周疲劳裂纹,叶片局部区域存在异常的γ'筏排组织是导致该叶片产生早期疲劳开裂的主要原因,且附近区域腐蚀过重及结构上处于应力集中区,也促进了疲劳裂纹的萌生及扩展.针对这些故障,建议优化叶片结构并对腐蚀检查进行严格监控,防止出现γ’筏排组织及腐蚀过重现象,从而避免此类故障再次发生. 【期刊名称】《航空发动机》 【年(卷),期】2016(042)004 【总页数】6页(P81-86) 【关键词】DD6镍基单晶;涡轮转子叶片;γ’筏排组织;故障分析;航空发动机 【作者】胡霖;佟文伟;高志坤;韩振宇 【作者单位】中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳10015;中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳10015;中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳10015;中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳10015 【正文语种】中文 【中图分类】V232.4
涡轮前燃气温度的高低是衡量航空发动机性能好坏的重要指标之一。燃气温度从1200℃升高到1350℃，发动机单位推力可提高15%，耗油率降低8%，而温度的升高必然导致涡轮转子叶片寿命的降低［1］。而材料的温度降低15 K，寿命将延长1倍；反之，温度升高，寿命会大幅度缩短［2］。为提高叶片承温能力，采用空心气膜冷却技术［3］、热障涂层技术［4-5］或单晶高温合金材料［6］已成为有效的解决方案。 DD6镍基单晶高温合金是国内成功研制的低成本第2代单晶合金［7］。与传统 的等轴晶合金、定向合金和已成功应用的第2代CMSX-4单晶合金相比，具有更 好的高温综合性能［8-9］，已成为国内某型先进航空发动机涡轮转子叶片的主要材料。早期有学者对高温条件下单晶合金DD6和CMSX-4的蠕变性能进行了对比试验研究，结果表明，在980℃试验条件下，［001］取向的2种材料变形0.5% 所需时间分别为77.1 h和16.0 h；在850℃试验条件下则需18.2 h和0.31 h ［10］，可见单晶合金DD6明显较优异。 新材料的涡轮转子叶片在装机使用前需进行多项模拟考核试验［11］，目的是找 到新材料叶片结构中的设计缺陷或叶片生产工艺中的不足。本文针对在振动试验过程中DD6镍基单晶涡轮转子叶片出现异常裂纹的现象，对故障叶片裂纹进行失效分析，找出失效原因，分析失效机理，并提出相应的改进建议，为今后DD6镍基单晶涡轮转子叶片的高可靠性应用提供重要的技术支撑。 叶片材料为DD6镍基单晶高温合金的化学成分见表1。该叶片主要制造工艺为定 向凝固→脱壳脱芯→铸态检查→真空热处理→检测与检验。叶片精铸件经X射线 检查仪测试结晶取向，［001］结晶取向与叶片精铸件主应力轴的偏离应不大于相关标准规定角度。 2.1 外观检查 DD6合金叶片振动疲劳试验在特定振动应力条件下进行。当循环至2.51×106时，
镍基单晶高温合金高温低应力蠕变过程中典型变形机制研究进展
镍基单晶高温合金高温低应力蠕变过程中典型变形机制研究进 展 杜云玲;牛建平 【摘要】以镍基单晶高温合金高温低应力蠕变变形为主，简要介绍了蠕变过程中 几个典型变形机制的研究进展，并分析合金蠕变过程研究中存在的问题。%Giving priority to the deformation of high-temperature low-stress creep of Ni-based single crystal superalloys,several related typical deformation mechanisms were reviewed and the existing problems during creep were analyzed. 【期刊名称】《沈阳大学学报》 【年(卷),期】2016(028)006 【总页数】7页(P431-437) 【关键词】镍基单晶高温合金;高温低应力蠕变;筏化;位错;TCP相 【作者】杜云玲;牛建平 【作者单位】沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳 110044;沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳 110044 【正文语种】中文 【中图分类】TG146
镍基高温合金(Ni-based Superalloys)由于具有优异的蠕变和疲劳抗力、良好的塑性和断裂韧性、良好的抗氧化和抗热腐蚀性,以及高温组织稳定性,广泛用于制作涡轮发动机等先进动力推进系统热端部件[1-4].高性能发动机的重要标志是具有高的推力和推重比,而要实现这些指标就需要不断地提高涡轮前进气口的温度,最大程度地提高燃机的效率.实现这一目标的关键在于持续提高发动机相应高温合金部件的承温能力,尤其是高压涡轮叶片和低压涡轮叶片的承温能力[4].在实际服役过程中,涡轮叶片处于高温、高应力等复杂恶劣的环境中,尤其是高压涡轮叶片承受着更高的温度和由于高速旋转造成的高离心应力.在这些外部条件的共同作用下,即使合金所受的应力水平远低于其屈服强度,叶片也会发生蠕变塑性累积,最终导致叶片断裂失效,因此蠕变行为是评价合金可靠性最重要的方面.航空发动机涡轮叶片在实际服役过程中各部位所受的温度和应力分布如图1和图2所示[5]. 从图1可以看出,尽管涡轮叶片已经拥有复杂高效的冷却通道以及热障涂层,涡轮叶片的大部分位置仍将面临较高的温度,而图2则显示,叶片经受高温的部分所受的应力相对较低(相对于低温部分).为此,各国研究者对镍基单晶高温合金的高温低应力蠕变行为进行了广泛的研究.本文以镍基单晶高温合金的高温低应力蠕变行为为主线,主要从蠕变过程中几个典型的现象出发,简要介绍单晶合金的蠕变行为研究进展. 蠕变是指试验材料在低于屈服极限的恒定应力(载荷)下发生持续塑性变形的累积,它具有一定的时间依赖性.涡轮叶片在实际服役时,大部分时间处于巡航状态,因此合金的变形以蠕变塑性累积为主.合金的蠕变性能与合金晶体的取向息息相关.一般而言,具有〈111〉取向的合金蠕变性能最高,〈011〉最低,而具有〈001〉方向的合金蠕变寿命与〈111〉相当或稍低;然而,具有〈001〉方向合金的疲劳性能显著优于具有〈111〉和〈011〉方向的合金,所以涡轮叶片在设计和实际使用过程中都尽可能使其受力沿[001] 方向,因而研究[001]取向的镍基单晶高温合金具有非常重要的实际意义.
抽拉速率对DD6单晶高温合金650℃低周疲劳性能的影响
抽拉速率对DD6单晶高温合金650℃低周疲劳性能的影响刘维维;唐定中;李嘉荣;刘世忠;熊继春 【摘要】The bars of single crystal superalloy DD6 were prepared with withdrawing rates of 2mm/min, 4.5mm/min, 7mm/min. The low cycle fatigue properties of alloy with different with drawing rates were studied comprehensively at 650℃. The fatigue fracture morphology and microstructure were investigated using SEM and TEM. The results show that with the increasing of withdrawing rate, the size of γ' precipitates decreases and quadratic dendrite arm spacing developed gradually. Primary dendrite arm spacing is little related to withdrawing rate. Alloy with the withdrawing rate of 4.5mm/min has the longest low cycle fatigue among the withdrawing rates. It was founded that DD6 alloy exhibited cycle stability at most strain amplitude. The fatigue crack favorably initiated at the sub-surface, and reduced along with the strain amount. The fatigue propagation characteristics of the first stage changed from cleavage-like fatigue facet into ragged fatigue facet. Fatigue crack extended along one or more {111} sliding surfaces.%采用 2mm/min,4.5mm/min和7mm/min的抽拉速率制备了DD6单晶高温合金试棒.研究了抽拉速率对合金650℃低周疲劳性能的影响.利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析了疲劳试样的断口形貌和微观组织.研究结果表明:随抽拉速率的增大,γ’相尺寸减小,一次枝晶间距差异不大,二次枝晶呈发达的趋势.抽拉速率4.5 mm/min的合金650℃低周疲劳寿命最长.DD6合金表现为基本稳定的循环应力响
高温合金材料的显微组织与力学性能研究
高温合金材料的显微组织与力学性能研究 高温合金材料是一种应用广泛的先进材料，广泛用于高温、高压和强腐蚀环境 下的航空、航天、火箭、核电等领域。高温环境下的材料类别非常广泛，包括金属、陶瓷和聚合物等不同的材料系统。其中，金属材料具有良好的韧性和可加工性，因此广泛应用于航空、航天等重要领域。 然而，由于高温环境下金属的结构和性能的复杂性，许多技术问题使得高温合 金材料研究成为了一个极具挑战性的领域。在这样的背景下，针对高温合金材料的显微组织与力学性能研究就显得尤为重要。 高温合金材料的显微组织与力学性能研究主要包括以下几个方面。 一、显微组织研究 高温合金材料的显微组织研究对于深入了解该材料的结构特征及其演化规律至 关重要。显微组织可以通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等显微镜技术进行观察和分析。 通过显微组织研究，可以对高温合金材料的纹理、位错、缺陷和晶粒等结构特 征进行详细的观察和分析。同时，还可以研究材料中过渡金属元素的分布规律，以及分析各种不同形态的析出相等。针对不同的高温环境，对材料进行不同程度的处理，进而可以确定影响显微组织的因素。 二、力学性能研究 在高温环境下，材料的力学性能会发生明显变化，包括强度、韧性、断裂韧性等。因此，对材料力学性能进行研究，以了解高温合金材料在常温和高温状态下的机械性能变化是非常必要的。 高温合金材料的力学性能研究可以通过不同的实验方法进行，包括拉伸、压缩、剪切等试验。在研究过程中，需要在不同温度下进行测试，并应用先进的测试设备
进行试验，以获取准确的性能数据。此外，还可以通过数值模拟方法，针对材料在不同环境下的力学性能进行模拟计算。 通过高温合金材料的显微组织与力学性能研究，可以深入了解材料在不同环境下的性能表现及其变化规律。这些方面的研究能够为高温合金材料的制备、设计和应用提供有力的支撑，帮助加速材料的进一步革新和发展。
DD6单晶合金气膜孔薄壁平板高温持久性能
DD6单晶合金气膜孔薄壁平板高温持久性能 胡春燕;徐元铭;刘新灵;陶春虎 【摘要】在980 ℃/300 MPa条件下,对带气膜孔与无气膜孔的DD6单晶合金薄壁平板试样进行高温持久试验研究与有限元对比计算.结果表明:在相同名义应力条件下,带孔试样的高温持久寿命比无孔试样的高温持久寿命低,分别为69、90 h,气膜孔的存在破坏了试样的几何连续性,导致气膜孔周围应力集中为主要因素.通过断口宏、微观观察发现,无试样的断裂方式为微孔聚集型断裂,断口上分布着大量方形小平面特征;而带孔试样由于气膜孔改变了试样中的应力分布,在气膜孔附近产生了应力集中,当裂纹扩展至试样边缘,试样被瞬间剪断.基于晶体塑性理论建立了蠕变模型,将其编入ABAQUS的UMAT子程序中对带气膜孔和无气膜孔薄壁平板试样分别进行模拟分析,模拟结果显示与试样的断裂位置及形貌吻合,在工程应用条件下该模型是能用于薄壁平板的高温持久断裂寿命的预测.%Experimental and finite element study on the stress rupture behavior of single crystal superalloy DD6 has been performed with modeling specimens with and without cooling holes at 980 ℃/300 MPa.The results indicate that the stress rupture life of specimens with cooling holes is 69 h, lower than that without cooling holes(90 h) at the same nominal stress conditions.The stress concentration around the cooling holes is the major factor.Scanning electron microscopy analysis on the fracture surface reveals that the specimens without cooling holes fractured in the mode of microvoid coalescence and the fracture surface was made up of small square-shaped facets.As for the specimens with cooling holes, the cracks propagated fast near the holes.Based on the crystal plasticity theory, a creep model was
高温钛合金的显微组织结构与力学性能研究
高温钛合金的显微组织结构与力学性能研究 钛合金是一种高强度、低密度的金属材料，广泛应用于航空、航天、汽车等领域。其中，高温钛合金由于其优异的高温耐久性和优良的机械性能，在航空发动机、涡轮机叶片等高温工作环境中得到广泛应用。因此，对高温钛合金的显微组织结构与力学性能的研究具有重要意义。 高温钛合金的组织结构 高温钛合金通常由α相和β相组成，其中α相具有典型的六方最密堆积结构， β相则具有体心立方或面心立方晶体结构。在高温钛合金的加工过程中，α相的晶 界活性较高，易于发生堆积失序、位错滑移等变形行为。而β相则具有良好的塑性变形能力，与α相相互作用，可以显著提高高温钛合金的塑性和韧性。 另外，高温钛合金中还存在着少量的第二相和间隙相，如Ti2AlNb、Ti3Al、 TiB等，它们的存在对高温钛合金的性能具有重要影响。第二相的加入可以提高高 温强度和硬度，但会降低塑性和韧性。间隙相则可以增加高温钛合金的均匀膨胀系数，改善高温下的热膨胀性能。 高温钛合金的力学性能 高温钛合金的力学性能是其在高温环境下应用的关键。包括静态力学性能和疲 劳性能。 在静态力学性能方面，高温钛合金具有较高的屈服强度和抗拉强度，但塑性和 韧性相对较低。其中，塑性主要受到组织结构、形变温度、形变速率等因素的影响。通常情况下，高温钛合金的塑性与韧性随着温度的升高而降低，但在一定的形变温度和形变速率范围内，高温钛合金的塑性和韧性仍然可以得到一定程度的保持。 在疲劳性能方面，高温钛合金具有较好的疲劳寿命和断裂韧性。其中，疲劳寿 命受到材料的组织结构、应力水平和循环次数等因素的影响。一般来说，高温钛合
金的疲劳寿命随应力水平的升高而降低，但在一定的应力水平和循环次数范围内，高温钛合金的疲劳寿命仍然可以得到一定程度的提高。 高温钛合金的热处理 高温钛合金的热处理是制备高温钛合金的重要工艺之一。热处理可以控制高温钛合金的显微组织结构和相含量，从而调节高温钛合金的力学性能。常见的热处理包括固溶处理、时效处理等。 固溶处理可以使高温钛合金的β相在高温下完全溶解，消除组织中的析出相和间隙相，从而得到颗粒细小、分布均匀的α＋β相固溶体。这种组织结构具有较高的塑性和韧性，但强度相对较低。 时效处理在固溶处理的基础上进一步热处理，使高温钛合金中的α相在较低温度下析出，得到α＋β相＋第二相的组织结构。这种组织结构具有较高的强度和硬度，但塑性和韧性相对较低。 结语 高温钛合金是一种重要的高性能材料，其显微组织结构与力学性能的研究对于高温钛合金的应用和推广具有重要的意义。通过对高温钛合金的组织结构和力学性能的深入研究，可以为高温钛合金的精准制备和应用提供科学依据。
DD6单晶高温合金初熔组织演变机制研究
DD6单晶高温合金初熔组织演变机制研究 韩梅;岳晓岱;董建民;谢洪吉;李嘉荣 【摘要】分析第二代单晶高温合金DD6在略高于固溶热处理窗口的温度1 330℃下保温的初熔组织演变.结果表明:保温0.5 h后,枝晶间发生明显初熔,并大量形成典型初熔组织,部分初熔组织中心形成显微孔洞;随保温时间延长,初熔逐渐消退并演变为正常合金组织;保温8h后,初熔组织完全消失,仅留下初熔形成的微孔.应用热力学、动力学计算分析试验结果可知:DD6合金在铸态下枝晶偏析显著,枝晶间固相线温度明显低于枝晶干,在略高于枝晶间固相线的温度下保温,初始阶段枝晶间发生初熔;继续保温,元素均匀化程度改善,枝晶间固相线温度升高,初熔组织逐渐消退,最终演变为正常合金组织. 【期刊名称】《失效分析与预防》 【年(卷),期】2019(014)003 【总页数】6页(P166-171) 【关键词】DD6;单晶高温合金;热处理;初熔;微孔 【作者】韩梅;岳晓岱;董建民;谢洪吉;李嘉荣 【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】TG132.32 0 引言 单晶高温合金因其优异的高温性能，已成为当今先进航空发动机涡轮叶片首选材料[1]。为获得良好的高温力学性能，单晶高温合金中往往添加多种合金元素。在定向凝固过程中，Re、W、Mo 等合金元素偏析于枝晶干，而Al、Ta、Nb 等合金元素偏析于枝晶间，导致铸态合金枝晶干和枝晶间的成分和组织均有很大差异，固溶热处理的目的之一是提高合金成分和组织的均匀性，以获得优异的高温力学性能[2-3]。 单晶高温合金的固溶处理一般在γ'相完全固溶温度以上、初熔温度以下的热处理窗口中进行[4]。若固溶温度过低，则合金元素扩散不充分、共晶组织和铸态γ′相不能充分回溶，无法获得足够均匀的成分和组织；若固溶温度过高，则合金发生初熔，初熔组织与正常合金组织有显著不同，还有可能形成显微孔洞[5-6]，降低合金高温强度[7]。 虽然单晶高温合金应尽量避免初熔现象发生，并严格控制初熔组织含量[8]，但与单晶高温合金初熔相关的报道却很少[6]。本研究使用目前国内广泛应用的第二代单晶高温合金DD6，在略高于正常固溶热处理温度环境下进行保温试验，观察初熔组织演变过程，并结合热力学试验和动力学计算分析试验结果，进而研究初熔组织演变机制。 1 试验材料与方法 使用国内广泛应用的第二代单晶高温合金DD6，采用纯净原材料在真空感应炉中熔炼母合金。DD6 合金化学成分如表1 所示。
高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持久断裂特征的影响
高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持 久断裂特征的影响 董建民;李嘉荣;牟仁德;赵金乾;史振学;刘世忠 【摘要】采用电子束物理气相沉积方法在DD6单晶高温合金基体上制备了热障涂层,带涂层试样首先在1100℃空气气氛中分别进行了50h和100h热处理,然后在980℃/250MPa条件下进行持久实验,研究了持久断裂后合金与黏结层界面的互扩散行为、组织形貌以及断裂特征.结果表明:经过1100℃热处理,合金与黏结层之间的元素发生了互扩散,合金基体中Cr含量增加,而Re,Nb,Mo,Ta等元素向黏结层扩散;随热处理时间的增加,析出的不稳定相数量增多,持久断裂试样γ'目粗化程度增加;1100℃热处理带热障涂层持久断口为韧窝断口,与合金标准试样断口特征类似.【期刊名称】《材料工程》 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】6页(P51-55,61) 【关键词】热障涂层;高温热处理;DD6;互扩散行为;持久断裂 【作者】董建民;李嘉荣;牟仁德;赵金乾;史振学;刘世忠 【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;北京航空材料研究院金属腐蚀与防护研究室,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;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】TG174.444 随着航空发动机向高推重比方向发展，涡轮进口温度不断提高，涡轮叶片等热端部件用高温合金在过去的30多年的时间里取得了快速发展。DD6单晶高温合金是我国自主研制成功的第二代镍基单晶高温合金，具有高温强度高、综合性能好、组织稳定及铸造工艺性能好等优点，该合金已在多种先进航空发动机涡轮叶片上获得应用［1，2］。热障涂层（TBCs，Thermal Barrier Coatings）是目前国外先进航空发动机广泛应用的一种高温防护涂层，通常由隔热性能优良的陶瓷顶层和起黏结作用的多元金属底涂层组成。由于TBCs能在高温燃气和部件基体金属之间产生明显的温降，因此应用于DD6单晶高温合金上不但能够提高叶片的许用工作温度，而且还能进一步提高叶片在高温服役过程中的抗氧化和耐腐蚀等性能［3，4］。 电子束物理气相沉积（EB－PVD）热障涂层的制备需经历表面处理、高温蒸发、真空扩散等过程，涂层制备过程及随后的使用过程对单晶高温合金基体本身的组织结构及性能的影响是发动机设计和材料研究中备受关注的问题，是TBCs能否实现工程应用的关键因素。高温时效对DD6单晶高温合金性能和组织的影响以及热障涂层对定向合金性能的影响已有过报道［5－8］，但目前针对带有热障涂层的DD6单晶高温合金经过高温热处理的持久断裂组织与性能研究却鲜有报道。开展高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金持久断裂特征及互扩散行为的影响研究，可以明确热障涂层对DD6合金组织结构和性能的影响，为热障涂层的工艺优化提供理论指导，并加速实现TBCs在DD6单晶高温合金上的工程应用。 1 实验材料及方法
DD6单晶高温合金760℃和1070℃拉伸行为与变形机制
DD6单晶高温合金760℃和1070℃拉伸行为与变形机制喻健;李嘉荣;史振学;刘世忠;韩梅 【摘要】采用拉伸测试、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了第二代单晶高温合金DD6在760℃和1070℃拉伸行为与变形机制.结果表明:DD6单晶高温合金760℃拉伸变形时,大量位错和层错切割γ'相,出现热激活硬化,拉伸应力-应变曲线表现双重阶段,断口为类解理断裂特征;1070℃拉伸变形时,位错主要以绕过γ'相方式在γ相通道运动,拉伸应力-应变曲线表现曲线特征,断口为韧窝断裂特征. 【期刊名称】《航空材料学报》 【年(卷),期】2015(035)005 【总页数】8页(P13-20) 【关键词】DD6;单晶高温合金;拉伸行为;断口形貌;显微组织 【作者】喻健;李嘉荣;史振学;刘世忠;韩梅 【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】TG132.3
镍基单晶高温合金以优异的综合性能被广泛地用作先进航空发动机涡轮叶片材料［1～3］。目前,国内外大量应用第二代单晶高温合金,DD6为我国自主研制成功的第二代单晶高温合金,可用作1100℃以下的涡轮工作叶片材料和1150℃以下的涡轮导向叶片材料［4～6］。 镍基单晶高温合金拉伸行为复杂,合金的屈服强度随温度的变化普遍可分为三个阶段,室温到600℃左右屈服强度基本保持不变或略有下降；600～800℃屈服强度随温度升高而反常上升；800℃以上屈服强度急剧下降［7］。普遍认为单晶高温合金拉伸行为与位错在 L12结构的γ′相运动有关［8～10］。但是单晶高温合金由基体γ相和高体积分数的γ′相组成,与纯γ′相的变形机制相比,单晶高温合金的拉伸变形行为和变形机制更加复杂。Milligan［11～13］对第一代单晶高温合金PWA1480拉伸变形研究表明：20～760℃时,变形主要以｛111｝面上的a/2〈011〉位错对切割γ′相；但在982℃以及更高的温度时,位错绕过γ′相颗粒,a/2〈011〉位错在γ/γ′相界面形成稳定六边形位错网,并没有出现位错进入γ′相中的现象。 涡轮叶片用镍基单晶高温合金的工作温度区间大,承受载荷复杂［2］。在涡轮叶片的根部单晶高温合金材料在相对较低的650～850℃中温区域承受着复杂的应力；在叶身部位,涡轮叶片的承受温度可以达到1000℃以上［14～16］。单晶高温合金在燃气涡轮部件宽泛的工作温度范围具有出色的强度,因此,不同温度区域拉伸行为和变形机制对单晶高温合金安全使用具有重要意义。为进一步掌握单晶高温合金的变形机制和可靠使用第二代单晶高温合金提供依据,本工作以第二代单晶高温合金DD6为研究材料,在以往的研究工作基础上［17,18］,进一步深入研究DD6单晶高温合金工作温度区间中温760℃和高温1070℃的拉伸变形行为与变形机制。实验材料为目前在我国多种先进的航空发动机应用的第二代单晶高温合金DD6［4,5］,合金的名义化学成分(质量分数/%)为：Cr 4.3,Co 9,Mo 2,W 8,Ta 7.5,Re
DD6单晶精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟
DD6单晶精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟 杨亮;李嘉荣;金海鹏;谢洪吉;韩梅;刘世忠 【摘要】针对单晶高温合金精铸薄壁试样制备困难的问题,建立了薄壁板形试样的有限元模型,采用ProCAST数值模拟的方法模拟DD6单晶精铸薄壁板形试样的定向凝固过程,研究了几何形状和工艺参数对定向凝固过程中温度场、温度梯度场及糊状区的影响.结果表明:薄壁板形试样中间部位工作端的温度梯度在60～65℃/cm 范围内,糊状区固相线较为平直,液相线的位置在近炉壁一侧较低,远炉壁一侧较高.几何形状对单晶高温合金试样定向凝固过程有重要影响,提高浇注温度或降低抽拉速率有助于薄壁板形试样固液界面前沿液相温度梯度增大、糊状区宽度减小.单晶高温合金精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟结果与实际浇注结果吻合,凝固过程数值模拟为单晶精铸薄壁试样的制备提供了技术支持. 【期刊名称】《材料工程》 【年(卷),期】2014(000)011 【总页数】8页(P15-22) 【关键词】单晶高温合金;薄壁试样;定向凝固;数值模拟;DD6 【作者】杨亮;李嘉荣;金海鹏;谢洪吉;韩梅;刘世忠 【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;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】TG244;TG132.3 随着航空燃气涡轮发动机性能的不断提高，航空发动机涡轮叶片的工作条件变得极为苛刻，促使单晶高温合金气冷涡轮叶片的内腔结构更加复杂，叶片壁厚越来越薄，最薄处不足1mm［1］。在薄壁结构条件下，单晶高温合金的性能是否能达到标 准试样的性能，即单晶高温合金是否具有薄壁效应，这对于单晶高温合金涡轮叶片的设计和使用极为重要，单晶高温合金薄壁效应成为航空发动机涡轮叶片设计必须考虑的重要因素之一。 虽然国外对CMSX－3［2］， MAR－M002［3］，PWA1484［4］，RenéN5［5］等单晶高温合金薄壁效应已有较多的研究，获得了薄壁试样蠕变性能数据，但公开发表的文献表明上述工作均采用机加工薄壁试样进行蠕变性能研究，未见更接近单晶高温合金气冷涡轮叶片表面状态的精密铸造薄壁试样。单晶高温合金气冷涡轮叶片薄壁表面大多不经机加工而使用，由于机加工试样薄壁表面与涡轮叶片精铸薄壁表面的状态差异，使得机加工薄壁试样性能不能代表精铸叶片薄壁性能，所以研究精铸试样薄壁效应具有重要意义。 研究单晶高温合金薄壁效应首要的问题是制备出更接近单晶高温合金气冷涡轮叶片表面状态的精铸薄壁试样，要求精铸薄壁试样中间的工作端部位尽量避免机加工，以保证工作端的表面状态与涡轮叶片薄壁的表面状态一致。由于单晶高温合金薄壁试样的特殊性，致使其精密铸造工艺参数成为影响单晶组织控制和缺陷控制的关键因素，精铸难度很大，极易变形、形成结晶缺陷等。因此，有必要开展单晶精铸薄壁试样定向凝固过程的数值模拟，为优化单晶精铸薄壁试样制备工艺、改善薄壁试样单晶完整性提供依据。