Re合金化鎳基單晶高溫合金的強韌化機理研究

《Re合金化鎳基單晶高溫合金的強韌化機理研究》是依託清華大學，由朱靜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Re合金化鎳基單晶高溫合金的強韌化機理研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：朱靜
• 項目類別：面上項目

項目摘要

Re合金化的單晶Ni基高溫合金是製備新型戰鬥機發動機葉片的重要材料，適量的Re的加入有效的提高了材料的蠕變強度，受到各國工業界和學者的廣泛關注。如何調整Re的含量和其他元素的配比以及如何正確實現製備、加工工藝的控制，人們冀希於對Re的作用機制有進一步深入的了解。本課題主要套用電子顯微學方法，輔以三維原子探針和計算、模擬，研究我國自行研製的不同Re含量、不同蠕變外場下的單晶Ni基高溫合金的具原子級解析度的合金微觀組織、Re和其它合金化元素的分布、Re的存在形態、Re對位錯組態和運動的影響及合金中相界附近的應力分布；基於實驗結果的統計分析，構建模型，探索Re元素的強韌化作用。為我國研製的此類材料的最佳化合金設計、獲得自主智慧財產權研究成果提供支持。

結題摘要

本項目以我國自行研製的、已被用於多種先進航空發動機渦輪轉子葉片與導向葉片的、低成本第二代單晶高溫合金DD6為研究對象材料，利用電子顯微學等方法，從不同尺度上研究了蠕變前及穩態蠕變階段合金中的γ/γ′兩相組織結構、Re及其它合金元素的分布和存在狀態、位錯組態等，從而揭示了Re元素對γ/γ′兩相組成元素在外場（溫度和應力場）作用下互擴散的阻礙作用、Re對位錯組態和位錯運動的影響及合金微觀結構的演變過程。主要研究成果如下：（1）證實了一部分Re元素以重原子團簇形式存在於合金中。揭示了在穩態蠕變初始階段合金中的重原子團簇在γ/γ′相界面附近富集的屏障作用。（2）直接提供了在穩態蠕變開始階段Re和W在γ/γ′界面附近靠近γ相一側富集，阻礙了Ta、Ni元素從γ′相向γ基體中擴散，穩定了γ′相的直觀證據。（3）首次發現在穩態蠕變初始階段，筏排結構中的γ/γ′相界面處位錯運動形成的尖凸或台階狀等特徵微結構，Re和組成γ相的元素共富集在這些特徵微結構的尖端處，減緩了位錯的運動，即減緩兩相合金元素互擴散。建立了穩態蠕變階段中的γ-γ′兩相互溶過程是通過位錯網路中的位錯運動伴隨兩相合金元素互擴散進行的模型及在蠕變過程中Re有效穩定γ′相的機制。