Ta对一种镍基单晶合金微观组织及蠕变机制的影响.pdf

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1、第4l卷第9期稀有金属材料与工程Vo1．41，No．92012年9月RAREMETAL～TERIALSANDENGINEERINGSeptember2012对一种镍基单晶合金微观组织及蠕变机制的影响孙跃军，张军2(1．辽宁工程技术大学，辽宁阜新123000)(2．中国科学院力学研究所，北京100190)摘要：利用螺旋选晶法制备不同Ta含量的镍基单晶合金，研究Ta对合金微观组织及蠕变机制的影响。结果表明：Ta改变了合金中，，，相的形貌，随着Ta含量的提高，相由椭圆形向方形转变；Ta促进了Mo在基体中的溶解，增大了合金的错配度；Ta对镍基单晶合

2、金的高温蠕变寿命有较大影响，随着Ta含量的提高，合金的蠕变寿命增加；Ta促进了∥，界面的位错网的发展与完善，影响了蠕变变形过程中位错的运动方式。关键词：Ta；镍基单晶合金；蠕变；错配度；位错网中图法分类号：TG132-3文献标识码：A文章编号：1002-185X(2012)09—1615-04SSS表1合金的成分镍基单晶高温合金是制造先进航空发动机涡轮叶123!P!!翌竺!!苎!竺!!竺片的关键材料，随着发动机性能的提高，对镍基合金AlloyA15T5i5TaCrMoWCoC的承温能力要求也越来越高。为了提高镍基单晶高温O0O合金的承温能力

3、，要在合金中加入大量的高熔点难熔}O0O元素。在高熔点元素中，Re的强化效果最好【1J，然而Re属于稀缺元素，价格昂贵，据统计[5】，合金中加OOm入3％的Re后，成本提高70％左右，这就严重限制了用ZGJL．0．025真空感应熔炼炉熔炼母合金，用77700O镍基单晶合金在航空发动机，尤其是民航发动机中的ISP．05DS／SC型定向／单晶炉拉制单晶试棒。单晶试样的热处理采2用22GSL1600X型高温管式炉，利用广泛应用。因此寻求成本较低、承温能力较高、组织O00稳定的镍基单晶高温合金是目前该领域的研究热点之GWT304型高温蠕变／持久试验

4、机进行蠕变性能测试。888一0O0。Ta是镍基合金中重要的高熔点强化元素，同Re最后用JEM．2100F场发射透射电子显微镜和相比，Ta的价格约为Re的1／13。Ta能同时强化基体QUANTA6005型5扫5描电镜进行组织观察与分析。O0O和增强相[6】，提高合金的强度，同时Ta还能提高合2结果与0讨0论O金的抗腐蚀性能】，最主要的优点在于Ta不易形成OOO}555TCP相，合金在使用过程中组织稳定性提高【，因此2．1合金的铸态组织研究Ta的作用机制对发展低成本镍基合金是非常有图1～图3为不同Ta含量合金的铸态微观组织意义的。法国航空航天研

5、究院用6％的Ta取代Re研形貌。制的MC2合金性能达到二代单晶水平[】，然而，关由图1可以看出，s1合金枝晶间的，，较为粗大，于Ta对镍基单晶合金蠕变影响的机制还缺乏系统研枝晶干的，，相呈球状，尺寸较小，分布较为均匀。由究。本研究在MC2合金的基础上，进一步研究了Ta图2可以看出，s2合金枝晶间的形貌比较紊乱，形的作用机制，力图为低成本镍基单晶合金的研制做基状也不规则，尺寸大小不一。枝晶干的，形状呈方形，础性探讨。尺寸较小，约为0．40um。从图3可以看出，S3合金枝晶间的呈“四方形”和“三角形”，枝晶干的，，，形1实验状与枝晶间的，，类似

6、，尺寸约为0．45m。所用材料为镍基单晶高温合金，合金的成分列于比较3种合金枝晶干中相形貌可以发现，随着表1。Ta含量的提高，，，相由椭圆形向方形和三角形转化。收稿日期：2011-09．11作者简介：孙跃军，男，1972年生，博士，副教授，辽宁工程技术大学，辽宁阜新123000，电话：0418．3351741，E．mail：sunyu~un0001@163．com·l618·稀有金属材料与工程第41卷a／2【110】+a／2[011】=a／2[101】3)Ta对合金的高温蠕变机制有显著影响，促进了由于相对位错运动具有阻碍作用，位错攀移至另∥

7、界面的位错网的发展与完善。一滑移面，从而越过相，继续沿相同方向向前滑移。4)Ta提高了合金在1040℃，137MPa时的蠕变当r／r界面堆积足够多的位错以推动基体中的位错切寿命。入相中，崖体中的2个a／2[110]位错进入，，相形成反向畴界【1：参考文献Referencesa／2【110]7matrix+a／2【110]7matrix[1]FordDA，ArtheyRP．Superalloys1984[C]．Warrendale：a／2【110]r’matrix+APB+a／2【110]g’matrixTMS—AIME．1984：115随着

8、Ta含量的提高，合金中的反向畴消失，r／r【2】CaronP’TasadduqK．AerospSciTechnol[J]，1999，3：513界面处的位错网越来越完整。已有研究发