沈陽工業(yè)大學(xué)開放實驗報告【W(wǎng)ord版可編輯】

1、精品文檔，歡迎下載！ ！開放實驗報告題目：9%W單晶鎳基合金的蠕變激活能測定專業(yè)班級：實驗室名稱：天氣：金材0702室溫:姓名：實驗室號：相對濕度：安廣學(xué)號：實驗組號：實驗時間：070202034年 月成績：指導(dǎo)教師：批閱時間：田素貴年 月精品文檔，歡迎下載！ ！9%W單晶鎳基合金的蠕變激活能測定一、實驗?zāi)康募耙饬x:1. 掌握合金的熱處理方法2. 掌握金相試樣制備及組織觀察方法3. 掌握拉伸蠕變實驗機的使用及蠕變曲線的測量方法4. 了解利用蠕變曲線計算合金蠕變激活能的方法。二、實驗設(shè)備1. 真空定向凝固爐，用于制備單晶試樣;2. 箱式電阻爐，用于合金的熱處理；3. RCL-3 型蠕變試驗機，用

2、于蠕變曲線測定；4. JXA-840 型掃描電子顯微鏡，用于組織形貌觀察。三、實驗步驟1. 鑄態(tài)合金經(jīng)機械研磨和拋光后，在SEM下觀察組織形貌;2. 對材料進(jìn)行完全熱處理,并進(jìn)行SEM組織形貌觀察;，并置于蠕變試驗機中進(jìn)行拉伸試3. 將完全熱處理態(tài)合金加工成拉伸蠕變樣品蠕變曲線測定;4. 對蠕變后的樣品進(jìn)行SEM組織形貌觀察;5. 根據(jù)拉伸蠕變曲線計算蠕變激活能。四、蠕變激活能及應(yīng)力指數(shù)的計算在高溫穩(wěn)態(tài)蠕變期間，單晶合金中的立方Y(jié)相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹-型筏狀結(jié)構(gòu)。隨蠕變進(jìn)行，形變位錯在Y基體中運動至筏狀Y相處受阻，熱激活促使位錯發(fā)生精品文檔，歡迎下載！ ！攀移而越過Y相，并使合金的應(yīng)變速率保持恒定，

3、其應(yīng)變速率服從Dorn速率方程:/ AGb/bP/bn_Q(4-1)"苻0 (G) D0exPCRT)Q為蠕變激活能；n為應(yīng)力指數(shù)；T為溫度；A為常數(shù)；P為常數(shù)；G為剪切模量；b為Burgers矢量；K為Boltzmann常數(shù)；R為氣體常數(shù)；D0是頻率精品文檔，歡迎下載！ ！因子。在恒溫條件下，（4-1）式可簡化為：In dss = nin b + constant(4-2)在恒應(yīng)力條件下，（4-2）式可簡化為:.Qa ppLnSss +con sta ntRT(4-3)Qa PP =-R(邑竽)(4-4)根據(jù)合金的蠕變曲線，應(yīng)用拐點法可得出穩(wěn)態(tài)蠕變速率。根據(jù)式（4-2）、（4-3）

4、及（4-4），計算出9%曲晶合金在穩(wěn)態(tài)期間的應(yīng)變速率與溫度倒數(shù)之間的關(guān)系服 從如下關(guān)系：ln抵-丄，求出不同溫度下的應(yīng)變速率，繪制曲線如圖4.1（a）T所示。根據(jù)曲線中數(shù)據(jù)及方程（4-3），計算出合金在1040C 1080C范圍內(nèi)的蠕 變激活能，9%W合金的蠕變激活能為 Q = 465kJ/mol , 9%V合金的表觀應(yīng)力指數(shù)n2= 4.82。圖4.1合金在穩(wěn)態(tài)蠕變期間的應(yīng)變速率與施加溫度和應(yīng)力的關(guān)系根據(jù)應(yīng)力指數(shù)n的數(shù)值，可定性反映合金在穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形機制：當(dāng)n =1時，蠕變過程受擴散的控制；n約等于3時，蠕變過程受位錯滑移所控制； 當(dāng)n = 46時，蠕變由位錯的攀移所控制；當(dāng) n >

5、;6時，是第二相顆粒強化機制。由此，可認(rèn)為，在試驗的溫度和施加應(yīng)力范圍內(nèi)，9%W單晶合金在穩(wěn)態(tài)蠕變期間，蠕變過程主要受位錯攀移所控制。精品文檔，歡迎下載！ ！五、實驗結(jié)果及分析(1) 鑄態(tài)單晶合金組織形貌根據(jù)合金的化學(xué)成分制備出母合金錠。 之后，采用選晶法，在高溫度梯度真 空定向凝固爐中以7mm/min的凝固速度制備出001取向的單晶合金試棒，樣品的生長方向與001取向的偏差控制在7。以內(nèi)。a)、100?>010200 jjm5 J與*. 1.1 *、* ”:八 J 樣云' A. r* I.'T -1 .|、* % X-* *-2 jjm-圖5.1鑄態(tài)單晶合金在(001)

6、晶面的枝晶形貌及Y相的尺寸分布由選晶法制取的單晶鎳基合金，一次枝晶軸沿001晶向生長，在橫截面上 呈現(xiàn)整齊的“ +”字花樣特征，樹枝晶排列規(guī)則，二次枝晶的生長方向分別為100和010取向，如圖5.1(a);由于枝晶臂、枝晶間具有不同的凝固條件，凝固速 度不同，故導(dǎo)致枝晶臂、枝晶間的元素偏析程度、Y相形貌及尺寸都不盡相同,在枝晶間的A區(qū)域，形成較大尺寸的Y相為蝶形等不規(guī)則形貌，如圖5.1(b)所示。(2) 完全熱處理后合金的組織形貌合金經(jīng)過完全熱處理后，分別在1060 r和1080C條件下進(jìn)行100h的時效處理，其SEMI形貌分別示于圖5.2(a)和(b)。可以看出：合金在1060C條件下時效1

7、00h后，Y相在三維空間呈立方體形貌，且規(guī)則堆垛排列，盡管已經(jīng)時效 100小時，但其Y相的形貌特征仍為完整的立方體形貌，Y相尺寸約為0.8卩m合金 在1080C條件下時效100h后，Y相尺寸比前者略大，相尺寸約為1.0卩m立方Y(jié)相的形態(tài)仍然清晰可見，保持較好的立方度，如圖 5.2(b)所示。表明，該合金 在兩種時效溫度下，元素的擴散速度較慢，合金具有較好的組織穩(wěn)定性，且Y相尺寸隨時效溫度升高而略有長大。精品文檔，歡迎下載！ ！aI(a)圖5.2合金經(jīng)不同溫度時效100h的組織形貌(3) 9%W合金的蠕變特征在不同溫度和應(yīng)力條件下，測定出9%W單晶合金的蠕變曲線如圖3.13所示。在不同溫度施加1

8、37MPa應(yīng)力條件下的蠕變曲線如圖5.3(a)，可以看出，在1040C，合金具有較低的應(yīng)變速率和較長的蠕變壽命，其穩(wěn)態(tài)期間的應(yīng)變速率為0.0144%/h,蠕變進(jìn)行200h后的應(yīng)變量僅為3.56%，蠕變壽命達(dá)421h。9%W單晶合金在不同條件下的蠕變曲線圖5.3隨實驗溫度提咼至1060C,穩(wěn)態(tài)期間合金應(yīng)變速率提高到 0.0272%/h，持續(xù)時間縮短到228 h,蠕變壽命降低了 32%，為285 h,隨溫度進(jìn)一步提高到1072C,合金的壽命已降低至138 h,表明，合金表現(xiàn)出明顯的溫度敏感性。該合金在1040C施加不同應(yīng)力測定的蠕變曲線，如圖5.3(b)所示，可以看出,精品文檔，歡迎下載！ ！合金

9、在穩(wěn)態(tài)期間的應(yīng)變速率隨施加應(yīng)力的提高而增大， 蠕變壽命隨施加應(yīng)力的提高而顯著降低。測定出，在施加160M Pa和180M Pa應(yīng)力下，合金在穩(wěn)態(tài)期間的應(yīng)變速率分別0.0315%/h和0.0529%/h,蠕變壽命為190h和82h。表明：在給定的應(yīng)力和溫度范圍內(nèi)，合金具有明顯的應(yīng)力敏感性。(4)蠕變期間的組織演化在1040C /137MPa條件下，9%W單晶合金蠕變421 h斷裂后，在樣品不同區(qū)域的組織形貌示于圖5.4。在蠕變樣品的不同區(qū)域,具有不同的受力狀態(tài)，因此，在合金的不同區(qū)域，具有不同的組織形貌。根據(jù)合金不同區(qū)域的組織形貌,可分析合金中不同區(qū)域的變形程度。試樣觀察點位置示于圖5.4 (a

10、),字母A所標(biāo)注處為無應(yīng)變區(qū)域，其形貌特征示于圖5.4(b),部分Y相沿垂直或水平方向相互連接，形成串狀結(jié)構(gòu)；在樣品的B區(qū)域承受拉伸張應(yīng)力，其Y相已形成與應(yīng)力軸垂直的N-筏狀結(jié)構(gòu)，筏狀Y相的厚度尺寸約為0.6阿，其形貌如圖5.4 (c)所示；在區(qū)域C的Y相形貌與區(qū)域B相似， 如圖5.4(d)所示；但在區(qū)域D筏狀Y相的厚度已粗化至0.8-0.9E,并已發(fā)生明顯的扭曲，如圖5.4 (e)所示；近斷口 E區(qū)域的組織形貌如圖5.4 (f)所示，可以看出：筏狀Y相已明顯粗化至1pm,且長度減小，筏狀Y相取向與施加應(yīng)力軸方向呈一定角度傾斜，其中，Y相的粗化及扭曲程度增加為近斷口區(qū)域發(fā)生較大塑性變形所致。(a) r A h注鬢lawifEl(e) FA亠二:. -二二Kn P圖5.4在1040r /137MPa條件下，9%W單晶合金蠕變421 h斷裂后不同區(qū)域的組織形貌精品文檔，歡迎下載！ ！六、實驗結(jié)論經(jīng)完全熱處理后,合金的組織結(jié)構(gòu)是有尺寸約為0.8卩m的立方Y(jié)相和Y基體相組成。隨蠕變溫度提高，合金的應(yīng)變速率提高，蠕變壽命縮短；提高應(yīng)力作用與提高溫度作用類似，在實驗的溫度和應(yīng)力范圍內(nèi) ，合金的應(yīng)力敏感性大于溫度敏感性。計算出該合金該合金在穩(wěn)態(tài)期間的蠕變激活