《Ni3Al基單晶合金界面位錯網對蠕變性能的影響》是依託北京航空航天大學，由周健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Ni3Al基單晶合金界面位錯網對蠕變性能的影響
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：周健
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
發展低密度、低成本和高承溫能力或大承載能力的單晶高溫合金具有重要意義。課題組前期研製的系列新型Ni3Al基單晶合金密度低於8.5g/cm3，Re的含量僅為四代Ni基單晶高溫合金的1/3，且表現出優異的超高溫性能，在1200℃、100h條件下的持久強度超過80MPa。然而，優異超高溫蠕變性能的機理尚不清楚。前期研究顯示：獨特的界面位錯網結構和非共面超位錯是影響蠕變性能的關鍵因素。本項目擬採用實驗研究和第一性原理計算和分子動力學模擬相結合的方法，開展以下工作：Ni3Al基單晶合金在熱暴露和蠕變條件下界面位錯網的形成規律；界面錯配度隨溫度的變化規律及對界面位錯網結構的影響；界面位錯網對γ'相中非共面超位錯的影響；界面位錯網演化對蠕變性能的影響。項目的完成可望揭示Ni3Al基單晶合金具有優異高溫蠕變性能的根源，為發展具有更高承溫能力或更大承載能力的新一代Ni3Al基單晶合金提供理論基礎和技術保障。
結題摘要
隨著鎳基單晶高溫合金的發展，難熔金屬元素W、Re等的含量不斷提高，導致合金具有嚴重的枝晶偏析和TCP相析出傾向。課題組研製了新一代系列Ni3Al基單晶合金。該系列合金的顯著特點是高Al、高Mo、低Re、無W。通過高Al獲得了達到80%體積分數的γ′相。高Mo提供了主要的固溶強化作用。然而，合金成分的變化對Ni3Al基單晶合金的凝固行為、熱物理性質、晶體取向、固溶熱處理制度、蠕變性能及界面位錯結構產生了重要影響。項目開展了以下研究：一、Ni3Al基單晶合金的凝固行為；二、Ni3Al基單晶合金的固溶處理；三、Ni3Al基單晶合金中TCP相析出行為；四、W和Re對Ni3Al的強化作用；五、Ni3Al基單晶合金的界面位錯網結構；六、半共格界面上界面錯配與剪下行為；七、高層錯能半共格界面上錯配位錯分解行為。主要結果如下：1、抽拉速率決定了鑄態 Ni3Al基單晶合金的顯微偏析程度和凝固特徵溫度；顯微偏析程度較高的枝晶組織具有較低的液相線溫度和固相線溫度；只有在一定的抽拉速率範圍內製備的枝晶態單晶才能獲得與籽晶接近的空間取向。2、Mo均勻化處理消除了在枝晶間的過飽和，從而避免了亞固相線熔化。3、凝固速率顯著影響了Ni3Al基單晶合金的長期組織穩定性。固溶處理不能完全消除凝固歷史對Gamma相成分的影響，導致了長期時效後枝晶中TCP相的含量更高。4、合金化元素Re、W和Mo對Ni3Al有出色的強化效果，W和Re對Ni3Al力學和熱力學性質有相近的效果。5、發現了一種沉積在{111}型兩相界面上的新型界面位錯網。它呈現規則六邊形結構，其中的位錯具有成對結構，它們的柏氏矢量為a/2〈110〉，均為純螺位錯。 6、fcc{111}界面上的錯配位錯及它們的交點都是剪下薄弱區域。對於Ni/Ni3Al界面，界面滑移在位錯區域啟動並向周邊的共格區域擴展以鬆弛剪下應變。7、發現了高層錯能半共格界面上錯配位錯分解的新形式，拓寬了對半共格界麵塑性變形機理的理解，提供了幾種可行的方案調節缺陷構型，從而實現材料的強化設計。項目成果加深了對Ni3Al基單晶合金的理解。
