【摘 要】
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Ni3Al基单晶高温合金因具有密度低、强度高、抗氧化及耐腐蚀等优点,在保证高温性能的同时降低制造成本,减轻合金重量,是制造高推重比航空发动机迫切需求的新材料。而在单晶高温合金定向凝固过程中固液界面处温度梯度的改变会影响高温合金的枝晶间距和凝固组织形貌,从而影响合金的热处理制度以及力学性能。因此开展温度梯度对Ni3Al基单晶高温合金微观组织及力学性能影响的研究,为完善和优化Ni3Al基单晶高温合金的
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Ni3Al基单晶高温合金因具有密度低、强度高、抗氧化及耐腐蚀等优点,在保证高温性能的同时降低制造成本,减轻合金重量,是制造高推重比航空发动机迫切需求的新材料。而在单晶高温合金定向凝固过程中固液界面处温度梯度的改变会影响高温合金的枝晶间距和凝固组织形貌,从而影响合金的热处理制度以及力学性能。因此开展温度梯度对Ni3Al基单晶高温合金微观组织及力学性能影响的研究,为完善和优化Ni3Al基单晶高温合金的制备做技术储备。本课题选用北京航空材料研究院研发的一种低成本Ni3Al基单晶高温合金为研究对象,分别采用液态金属冷却法和快速凝固法制备了两种温度梯度合金,研究了温度梯度对合金的铸态和热处理态微观组织的影响;在室温至900℃温度范围内对两种温度梯度合金进行拉伸性能测试;在不同持久条件下测定两种温度梯度合金的持久寿命,并利用SEM和TEM对两种温度梯度合金拉伸和持久断裂后的变形组织进行分析,研究温度梯度对Ni3Al基单晶高温合金微观组织和力学性能影响规律及相关机理。研究结果表明:两种温度梯度合金的铸态组织均为典型枝晶形貌,在枝晶间区域有少量共晶组织存在,高温度梯度合金的一次/二次枝晶间距分别为250μm和75μm,低温度梯度合金的一次/二次枝晶间距分别为360μm和113μm;高/低温度梯度合金枝晶间区域的γ′相形状不规则或接近球状,高温度梯度合金枝晶干区域γ′相尺寸较小。铸态下,高温度梯度合金的偏析程度明显低于低温度梯度合金。经完全热处理后,两种温度梯度合金中的共晶组织全部消除,枝晶间与枝晶干区域的γ′相形貌趋于一致,两种合金中各元素的偏析情况得到减轻,偏析系数都接近1。两种温度梯度合金的屈服强度均随温度先升高后降低,具有明显的反常屈服行为,在800℃时屈服强度达到峰值;两种温度梯度合金在不同温度下的断裂方式基本一致,在室温～900℃温度范围内,断裂方式从纯剪切断裂转变为微孔聚集型断裂,转变温度为760℃;在室温位错以切割γ′相为主,并在γ′相中形成位错对,当温度的升高至800℃,位错开始发生攀移绕过γ′相运动。在980℃/186MPa和1040℃/135MPa条件下的持久实验表明,高温度梯度合金的持久寿命略高于低温度梯度合金;两种温度梯度合金的断裂方式均为微孔聚集型断裂;此外,两种合金在蠕变过程中均析出了少量的M6C型碳化物并在界面处形成了界面位错网络。
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