本科毕设答辩课件.ppt

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1、1研究背景1.1高温合金的发展历程1.2镍基单晶高温合金的相组成1.3高温蠕变过程的组织演变行为1.1高温合金的发展历程镍基高温合金由于其优异的高温蠕变性能、抗氧化性能等，成为制备航空发动机涡轮叶片的首选材料。图1.1航空发动机涡轮叶片制备工艺及承温水平制备工艺：传统铸造（多晶）-定向铸造（定向晶）-单晶高温合金。随着航空发动机对推重比要求的不断提高，必然导致涡轮前温度的进一步上升，在使用各种冷却技术与热障涂层后，裸合金承受温度仍将达到1200摄氏度。因此，有必要研究1200℃下单晶高温合金的各项性能。1.1镍基单晶高温合金的相组成镍基高温合金通常由γ相（基体相）与γ’相（析出强化相

2、）组成；传统理论认为[1]，保持γ’相体积百分数在60-70％，并通过热处理制度得到尺寸均一排列整齐的γ’相和联通的γ通道，高温合金拥有最优异的综合性能。图1.2镍基高温合金标准热处理态组织[1]M,F.andL.T.MetallurgicalTransactionsA,1989.7(20):p.1233-1238.γ相：面心立方结构，对强化元素有较高的固溶度γ’相：重要的析出强化相，通常情况下与基体γ相共格或者半共格，面心立方L12超有序结构然而在1200℃下，γ’相将发生显著的回熔，造成服役状态下γ’相体积分数的下降，因此在1200℃下超高温服役条件下，有必要将传统高温合金中较少

3、考虑的γ’相体积分数，作为一个影响因素进行考量。镍基单晶高温合金设计思路复杂，所含元素众多，每种元素的含量及各元素间相互作用均有可能影响最终的合金性能，对各类合金元素可进行粗略分类。AlCrTaWCoMoTiReRuNbHfCBZrNi第一代PWA14805.010.012.04.05.0—1.5———————BalReneN43.79.04.06.08.02.04.2——0.5————BalSRR995.58.012.010.05.0—2.2———————Bal第二代PWA14845.65.09.06.010.02.0—3.0——0.1———BalCMSX-45.66.56.56.

4、49.60.61.03.0——0.1———BalReneN56.27.07.05.08.02.0—3.0——0.2———Bal第三代CMSX-105.72.08.05.03.00.40.26.0——0.03———BalTMS-1385.92.95.65.95.92.9—4.92.0—0.1———BalReneN65.754.27.26.012.51.4—5.4——0.150.050.004—Bal第四代MC-NG6.04.05.05.0—1.00.54.04.0—0.1———BalEPM-1025.552.08.256.016.52.0—5.953.0—0.150.03——BalTM

5、S-1625.82.95.65.85.83.9—4.96.0—0.09———Bal1.3高温蠕变过程的组织演变行为在高温合金的众多性能中，高温持久寿命是衡量高温合金性能的一项重要指标。高温持久过程中一般会经历三个典型蠕变阶段。蠕变第一阶段（减速）、蠕变第二阶段（稳态）及蠕变第三阶段（加速）。蠕变第一阶段蠕变第二阶段蠕变第三阶段abc图1.3高温合金典型的蠕变曲线[2]ReedRC.TheSuperalloysFundamentalsandApplications[M].CambridgeUniversityPress;2006.实验思路设计γ'相形成元素含量增长的三种合金获得不同的γ

6、'相体积百分数观察γ'相体积分数对高温持久过程组织演变行为的影响观察不同的组织演变行为对位错运动及失效模式的影响分析γ’相组织演变行为对单晶高温合金1200℃持久性能的影响2实验材料2.1实验合金的名义成分2.2实验合金的热处理制度实验材料表2.1实验合金名义成分（wt％）AlTaMoWReNiMS325.96.28-9.503Bal.IC217.5013-1501.5Bal.IC21SA8.03.09.5-10.501.5Bal.MS32为富Mo强化（8Mowt％）的镍基单晶高温合金；IC21为富铝（7.5Alwt％）富钼（13Mowt％）强化的Ni3Al基单晶高温合金；IC21S

7、A在IC21的基础上降低3.5wt％Mo元素，同时添加0.5wt％Al元素与3wt％Ta元素。γ’相形成元素γ相强化元素实验材料表2.2实验合金名义成分（at％）AlTaMoWReNiMS3213.22.05.001.0Bal.IC2115.907.700.5Bal.IC21SA16.91.35.600.5Bal.γ相强化元素图2.1三种合金γ’相形成元素含量对比三种合金的γ'相形成元素含量基本呈阶梯状上升实验材料固溶制度一次时效制度二次时效制度MS321