单晶镍基合金蠕变期间γ相的定向生长和影响因素.pdf

第38卷 第3期 稀有金属材料与工程 V01．38，No．3 2009住 3月 RAREMETALMATEIUALSANDENGINEE魁NG March2009 单晶镍基合金蠕变期间y7相的定向生长及影响因素 于兴福1,2，田素贵1，卢旭东1，李唐1，夏丹1，崔树森2 (1．沈阳工业大学，辽宁沈阳110023) (2．中航一集团黎明航空发动机股份有限公司，辽宁沈阳110043) 了元素之间相互作用对扩散速率及y’相定向粗化速率的影响。结果表明：在y’相定向粗化期间，合金中y7相的筏形化速 率随成分和应力不同而变化，且y’相筏形化时间随施加应力的提高而缩短，其中，元素扩散及y’相定向粗化的驱动力与 施加应力及弹性模量相关。元素之间的相互作用对元素Al的扩散速率有影响，随合金中难熔元素Ta+Mo总含量及Ta／W 的比值增加，可提高Al的扩散激活能，降低Al的扩散速率，延长y’相的筏形化时间。在y7相定向筏化的扩散场中，由 原子偏聚形成有序相是自由能降低的自发过程，其中较大半径的Al、Ta原子迁移至{100}晶面，可形成异类原子结合 键及稳定的原子堆垛方式，是形成￡如结构y’有序相的主要原因。 关键词：单晶镍基合金；蠕变；y’相定向粗化；元素相互作用；扩散迁移率 中图法分类号：TGl46．1+5 文献标识码：A 文章编号：1002一185X(2009)03—0434-05 镍基单晶合金因具有高体积分数的y’强化相，而 1 实 验 具有较好的抗高温蠕变性能…，因此，在航空发动机 中的热端部件得到广泛应用。镍基单晶合金在高温蠕 采用选晶法在高温度梯度真空定向凝固炉中，制 变期间发生明显的组织演化已有文献报导[2～91，)，7／)，取两种成分的[001]取向镍基单晶合金，样品的生长方 两相具有负错配度合金在拉伸蠕变期间，立方’，’相沿 向与[001]取向的偏差在7。以内，制取的单晶合金化学 垂直于应力轴方向形成N一型筏状结构【2’3】；而在压缩 成分和各元素的原子半径如表1所示。 蠕变期间，立方，’相沿平行于应力轴方向形成P-型 筏状结构【4】，即：合金在高温拉／压蠕变期间，可发生 表1合金的化学成分 Table1 Chemical of 元素的定向扩散和y’相的定向粗化。如果采取措施降 compositionssuperalloys(to／％) 低合金中元素扩散的速率及y’相的定向粗化速率，可 提高合金的组织稳定性和蠕变抗力，反之，则降低合 金的蠕变抗力。由于合金中元素的扩散速率及y7相的 定向粗化速率与蠕变寿命密切相关，因此，了解合金 中影响元素扩散速率及，，’相定向粗化速的因素，可为 两种合金选用的热处理制度为：1280℃x2 优化成分设计提供理论依据。但有关镍基合金中元素 h+1300℃x4h，AC+1040℃x4h，AC+870℃x24h， 扩散规律与y’相定向粗化速率之间的关系并无文献 AC。将完全热处理的合金经劳埃背反射确定晶体取向 报道，元素之间的相互作用对各元素扩散速率的影响 后，沿[ooll取向加工成片状拉伸蠕变试样，试样的宽 也不清楚。 面法线方向与[100]晶向平行。将片状试样置于 据此，本实验通过测定两种成分[0011取向镍基单 晶合金在拉伸蠕变期间，，’相的定向粗化速率，结合 件下的拉伸蠕变试验，分别在蠕变的不同时间终止试 TEM微区成分