Ni3Al基單晶合金的蠕變機理研究

《Ni3Al基單晶合金的蠕變機理研究》是依託北京科技大學，由蔣立武擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：Ni3Al基單晶合金的蠕變機理研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：蔣立武
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

目前鎳基單晶高溫合金的使用溫度已達到其熔點的90%，提高使用溫度的空間已極其有限，與鎳基合金相比，Ni3Al金屬間化合物基合金具有密度小、比強度高、高溫性能好等特點，如取代鎳基高溫合金在航空發動機渦輪葉片和導向葉片上套用，將能減輕重量、提高承溫能力、延長使用壽命、提高發動機推重比，在渦輪發動機上的套用前景廣闊。本申請項目擬通過研究不同晶體取向Ni3Al基單晶合金在不同條件下的蠕變性能，探明蠕變性能與晶體取向的相關規律；研究蠕變過程中γ′相的定向粗化機理和原子擴散途徑，弄清γ′相粗化及筏排化機理；研究Ni3Al基單晶合金蠕變過程的位錯組態，確定位錯的滑移機制，將組織演化和位錯演化有機結合，探明Ni3Al基單晶合金的蠕變機理，揭示Ni3Al基單晶合金與鎳基單晶合金蠕變性能的差異本質。本研究將完善高性能高溫金屬間化合物單晶材料的蠕變理論，為Ni3Al基單晶合金的工程化套用奠定堅實的理論基礎。

結題摘要

本項目研究了[001]、[011]及[111]三個不同取向單晶合金在不同條件下的蠕變性能，探明了蠕變性能與取向的相關性，並對蠕變組織進行了觀察，研究了三個取向的單晶合金在不同條件下的斷裂機制與微觀變形機制。 不同取向IC6SX單晶合金在不同條件下的蠕變性能研究表明：單晶合金的蠕變壽命與取向密切相關，在850℃/450MPa條件下，[001]、[011]及[111]取向壽命分別為：56.3h，5.3 h和126.9 h。在980℃/230MPa條件下，[001]和 [111]取向的蠕變壽命分別為47.4 h和70.9 h，而在1100℃/137MPa條件下，[001]和 [111]取向的蠕變壽命分別為46.4 h 和73.3 h。合金高溫蠕變性能在不同條件下均存在顯著的各向異性，[111]取向合金蠕變壽命最高，約為[001]取向合金壽命的2倍。[001]取向單晶合金的穩態階段蠕變速率均大於[111]取向單晶合金的蠕變速率。不同取向單晶合金在不同蠕變條件下的斷口形貌和組織特徵研究表明：裂紋在斷口附近初生NiMo相和（MoNi）6C相與基體的界面處以及試樣表面氧化物處形成，並沿垂直於應力的方向擴展。在850℃/450MPa、980℃/230MPa以及1100℃/137MPa條件下，受溫度和應力的共同影響，應力對γ’相的形貌影響顯著，應力越大，γ’相粗化越顯著，組織退化程度越嚴重，[111]取向合金的組織退化程度明顯低於[001]取向單晶合金。單晶合金在蠕變過程中位錯演變的研究表明：在850℃/450MPa條件下，位錯的變形機制為位錯以切割的方式切入γ’相，而在980℃/230MPa和1100℃/137MPa條件下位錯主要通過熱攀移的方式越過γ’相。