镍基单晶高温合金中Re,Ru元素作用的显微机理分析

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镍基单晶高温合金具有良好的承温性能和优异的力学性能,在航空航天等领域具有广泛应用。镍基单晶高温合金中包含Ni、Al、Re、Ru、Mo、W、Ta、Ti、Co、Cr、Ir、Hf等十余种合金元素。其中元素Re和Ru可以大幅度提高合金的抗蠕变性能,研究Re和Ru作用的显微机理对于合金设计及进一步的发展具有重要意义。  目前关于Re和Ru的研究多集中在静态下初始合金中的作用,外界条件作用下的相关研究也多止于较为宏观的尺度,这些研究对于深入理解Re和Ru的显微机制还远远不够。只有研究清楚动态过程中元素的作用及显微机理,才能对元素有更加深入的理解,为科学地设计合金提供理论指导。  本文选用Ni-Al,Ni-Al-Re和Ni-Al-Re-Ru三种镍基单晶模型合金,在高温下进行长时间的时效处理,利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等显微分析手段,研究了两个重要合金元素Re和Ru对γ/γ相界面运动的影响。获得的主要结论如下:  1、Ni-Al合金中,高温长时效处理下,γ相沿三维方向随机长大粗化,并且粗化过程中伴随出现波浪状的界面失稳现象,界面失稳出现的原因是γ相粗化过程中应变能和界面能的动态平衡。另外整个过程中还伴随有二次γ相的析出,是由于温度升高导致基体中Al原子的过饱和,二次γ相长大过程中出现枕形畸变,是由于立方体的γ相不同位置的应变状态不同所导致。  2、对Ni-Al-Re和Ni-Al-Re-Ru两种合金分别进行了1000℃下不同时间的时效处理,结果表明元素Re的加入会抑制γ相的长大粗化行为,并且γ相发生了定向粗化的筏排化行为,主要机理为元素Re的浓度梯度会为γ相的定向粗化提供一定助力;元素Ru的加入使γ相有球化趋势,并且长大粗化速率减慢,主要原因是由于Ru的加入会改变合金的错配度。  3、对Ni-Al-Re和Ni-Al-Re-Ru两种合金分别进行了1h和20h不同时间的固溶处理,结果表明较长时间的固溶处理可以使Re元素的偏析行为得到很大改善,使Ru元素的分布基本趋于均匀,元素分布均匀的同时γ相的形貌和尺寸也更加均匀。
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