IC21单晶合金中温持久和蠕变性能研究

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发表于 2022-4-11 16:52:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
单晶高温合金是目前制造先进航空发动机涡轮叶片和导向叶片的关键材料,与镍基高温合金相比,Ni3Al金属间化合物具有更好的抗疲劳性能、抗氧化性能,更低的密度和高应变速率下更高的高温强度。IC21是新近开发的二代Ni3Al基单晶高温合金,本文系统研究了该单晶合金[001]取向的不同中温条件和应力水平下的持久和蠕变性能,为IC21合金的应用研究和工程应用奠定了基础。采用快速定向凝固法(HRS)制备了IC21单晶合金,进行了不同制度1315℃F.C./10h+1100℃A.C./2h+870℃A.C./32h、1315℃F.C./10h+870℃A.C./32h和1315℃F.C./10h+1060℃A.C./2h+870℃A.C./32h(分别定义为R1、R2和R3)的热处理,然后测试了三种热处理后合金在760℃/750MPa,850℃/500MPa,850℃/450MPa,980℃/250MPa和980℃/220MPa条件下的持久性能,以及合金经过热处理制度R2后在980℃/200MPa下的蠕变性能。为进一步探讨持久和蠕变断裂机理,进行了850℃/500MPa下0.5h的持久中断实验,980℃/200MPa下20h的蠕变中断实验。利用SEM和TEM观察和分析了持久断口形貌、断口纵截面γ′形貌以及位错组态。持久和蠕变试验研究结果表明,位错首先形成于γ相中,随着持久和蠕变的进行,位错以不同的方式切入γ′中。在760℃/750MPa条件下,由于应力较大以及γ′相的强化不足,界面处没能形成完善的位错网,位错在较短时间内通过滑移切入到γ′相中,并在γ′相中形成位错缠结,导致合金失效;在850℃/500MPa条件下,合金中{111}滑移系具有低的开动性,引起部分区域的{111}滑移系开动,此后全位错以分解为超不全位错和堆垛层错的形式切入到γ′中,导致合金失效断裂;在980℃/200MPa条件下,蠕变试验结果表明,合金蠕变分为三个阶段,第一阶段较短为不到1h,蠕变进入第二阶段位错主要是交滑移和攀移,并且形成了较完善的四边形位错网,蠕变进入第三阶段后位错主要是以位错对或长的位错线的形式切入γ′相中。热处理制度对850℃下合金持久性能影响较大,其中热处理制度为R3的合金持久性能最好,这主要跟γ′尺寸,以及γ相通道宽度引起的{111}滑移系开动数量和{111}滑移系开动程度有关;然而在较高温度980℃下,由于原子扩散较快,位错主要是{111}滑移系位错的交滑移和攀移,不同的热处理制度对合金持久性能影响较小。





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