鉭和鈦對(duì)γ’相強(qiáng)化鈷基單晶高溫合金900℃蠕變行為的影響

1、鉭和鈦對(duì) 相強(qiáng)化鈷基單晶高溫合金900蠕變行為的影響Co-Al-W 基合金中 相強(qiáng)化機(jī)制的發(fā)現(xiàn)顯著提高了鈷基高溫合金的承溫能力 , 為發(fā)展新型鈷基高溫合金開辟了道路。 然而 , 目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)新型鈷基高溫合金的研發(fā)主要集中在合金化元素對(duì)組織與性能的影響以及合金元素篩選方面 ; 而對(duì)于其變形機(jī)制 , 特別是高溫下的蠕變行為研究還非常有限。因此 , 新型鈷基合金高溫蠕變變形機(jī)制成為對(duì)提高鈷基高溫合金承溫能力至關(guān)重要卻仍未解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。本論文以不同 Ta和 Ti 含量的 Co-Al-W 基單晶合金為研究對(duì)象 , 研究了 Ta 和 Ti 的單獨(dú)及協(xié)同作用對(duì) 相粗化長(zhǎng)大行為、 蠕變性能等承溫能力的

2、影響。 以同時(shí)含有 Ta 和 Ti 元素的 Co-Al-W-Ta-Ti 單晶合金為研究對(duì)象 , 研究了鈷基單晶合金在高溫蠕變過程中微觀組織及位錯(cuò)組態(tài)的演變 , 揭示了 相強(qiáng)化鈷基高溫合金高溫蠕變變形機(jī)制。在此基礎(chǔ)上 , 分析了初始微觀組織及位錯(cuò)組態(tài)特征對(duì) 相強(qiáng)化鈷基單晶合金高溫蠕變行為的影響規(guī)律與機(jī)理。 Ta 和 Ti 對(duì)承溫能力影響的研究表明 :Co-Al-W 基單晶合金中 相粗化符合 LSW(Lifshitz-Slyozov-Wagner) 理論 ,Ta 和 Ti 元素的獨(dú)立和共同作用均能夠提高 / 相界面能 , 從而加快 相在熱暴露過程中的粗化長(zhǎng)大。添加 Ta 和 Ti 均能通過提高 相

3、體積分?jǐn)?shù)提高 Co-Al-W 基單晶合金在 900/420MPa條件下的蠕變性能。 含 Ta 單晶合金在蠕變過程中會(huì)析出針狀 相, 導(dǎo)致其表現(xiàn)出脆性斷裂特征。 與含 Ti 單晶合金相比 , 含 TaTi 單晶合金具有更高的 相體積分?jǐn)?shù)。此外 , 含 TaTi 單晶合金在蠕變過程中形成的封閉的 通道以及 相內(nèi)的面角位錯(cuò)是其蠕變性能顯著高于含Ti 單晶合金的主要原因。高溫蠕變變形機(jī)制的研究表明 : 含 Ta 和 Ti 的五元 Co-Al-W 基單晶合金在 900/420MPa條件下的蠕變行為由減速蠕變階段( 階段 ) 、加速蠕變階段A(階段 ) 、穩(wěn)態(tài)蠕變階段 ( 階段 ) 和加速蠕變階段 B(階

4、段 )4 個(gè)階段組成。螺位錯(cuò)滑移的“啟停機(jī)制”是階段蠕變速率快速下降的主要原因。雖然“啟停機(jī)制”在階段仍然有效 , 但在此階段 相發(fā)生平行于應(yīng)力方向的筏排化 , 位錯(cuò)在平行于應(yīng)力方向的 通道內(nèi)的滑移以及層錯(cuò)在若干 相的連續(xù)擴(kuò)展是階段蠕變速率上升的原因。筏排化的 相厚度在階段開始增加 , 并形成封閉的 通道。在/ 相界面位錯(cuò)網(wǎng)以及 相中沿多個(gè) 111 面擴(kuò)展的層錯(cuò)間相互反應(yīng)生成的面角位錯(cuò)能夠有效提高合金的變形抗力 , 使蠕變變形進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段。在外加應(yīng)力的作用下微裂紋的萌生及擴(kuò)展是第階段蠕變速率上升的原因 , 此階段合金中位錯(cuò)網(wǎng)及層錯(cuò)等缺陷密度顯著提高。初始顯微組織對(duì)蠕變性能影響的研究表明 : 具有不同初始 通道寬度、相尺寸以及 / 界面位錯(cuò)密度等初始組織特征的 Co-Al-W-Ta-Ti 單晶合金的高溫蠕變行為均由上述 4 個(gè)蠕變階段組成。其中 , 初始 相尺寸是影響合金高溫蠕變性能的主要因素。 在 0.15 0.53 m范圍內(nèi) ,Co-Al-W-Ta-Ti 單晶合金在 900/420MPa條件下的蠕變壽命隨初始 相尺寸的增加呈現(xiàn)出先增長(zhǎng)后縮短的變化趨勢(shì)。合金中初始 / 界面位錯(cuò)密度越大 , 最小蠕變速率越高。但是, 初始顯微組織特征對(duì)穩(wěn)態(tài)蠕變速率沒有明顯影響。根據(jù)以上三部分的研究結(jié)果和認(rèn)識(shí) , 本工作初步建立了含Ta、