钽和钛对γ’相强化钴基单晶高温合金900℃蠕变行为的影响

1、钽和钛对 相强化钴基单晶高温合金900蠕变行为的影响Co-Al-W 基合金中 相强化机制的发现显著提高了钴基高温合金的承温能力 , 为发展新型钴基高温合金开辟了道路。 然而 , 目前国内外针对新型钴基高温合金的研发主要集中在合金化元素对组织与性能的影响以及合金元素筛选方面 ; 而对于其变形机制 , 特别是高温下的蠕变行为研究还非常有限。因此 , 新型钴基合金高温蠕变变形机制成为对提高钴基高温合金承温能力至关重要却仍未解决的关键科学问题。本论文以不同 Ta和 Ti 含量的 Co-Al-W 基单晶合金为研究对象 , 研究了 Ta 和 Ti 的单独及协同作用对 相粗化长大行为、 蠕变性能等承温能力的

2、影响。 以同时含有 Ta 和 Ti 元素的 Co-Al-W-Ta-Ti 单晶合金为研究对象 , 研究了钴基单晶合金在高温蠕变过程中微观组织及位错组态的演变 , 揭示了 相强化钴基高温合金高温蠕变变形机制。在此基础上 , 分析了初始微观组织及位错组态特征对 相强化钴基单晶合金高温蠕变行为的影响规律与机理。 Ta 和 Ti 对承温能力影响的研究表明 :Co-Al-W 基单晶合金中 相粗化符合 LSW(Lifshitz-Slyozov-Wagner) 理论 ,Ta 和 Ti 元素的独立和共同作用均能够提高 / 相界面能 , 从而加快 相在热暴露过程中的粗化长大。添加 Ta 和 Ti 均能通过提高 相

3、体积分数提高 Co-Al-W 基单晶合金在 900/420MPa条件下的蠕变性能。 含 Ta 单晶合金在蠕变过程中会析出针状 相, 导致其表现出脆性断裂特征。 与含 Ti 单晶合金相比 , 含 TaTi 单晶合金具有更高的 相体积分数。此外 , 含 TaTi 单晶合金在蠕变过程中形成的封闭的 通道以及 相内的面角位错是其蠕变性能显著高于含Ti 单晶合金的主要原因。高温蠕变变形机制的研究表明 : 含 Ta 和 Ti 的五元 Co-Al-W 基单晶合金在 900/420MPa条件下的蠕变行为由减速蠕变阶段( 阶段 ) 、加速蠕变阶段A(阶段 ) 、稳态蠕变阶段 ( 阶段 ) 和加速蠕变阶段 B(阶

4、段 )4 个阶段组成。螺位错滑移的“启停机制”是阶段蠕变速率快速下降的主要原因。虽然“启停机制”在阶段仍然有效 , 但在此阶段 相发生平行于应力方向的筏排化 , 位错在平行于应力方向的 通道内的滑移以及层错在若干 相的连续扩展是阶段蠕变速率上升的原因。筏排化的 相厚度在阶段开始增加 , 并形成封闭的 通道。在/ 相界面位错网以及 相中沿多个 111 面扩展的层错间相互反应生成的面角位错能够有效提高合金的变形抗力 , 使蠕变变形进入稳态蠕变阶段。在外加应力的作用下微裂纹的萌生及扩展是第阶段蠕变速率上升的原因 , 此阶段合金中位错网及层错等缺陷密度显著提高。初始显微组织对蠕变性能影响的研究表明 : 具有不同初始 通道宽度、相尺寸以及 / 界面位错密度等初始组织特征的 Co-Al-W-Ta-Ti 单晶合金的高温蠕变行为均由上述 4 个蠕变阶段组成。其中 , 初始 相尺寸是影响合金高温蠕变性能的主要因素。 在 0.15 0.53 m范围内 ,Co-Al-W-Ta-Ti 单晶合金在 900/420MPa条件下的蠕变寿命随初始 相尺寸的增加呈现出先增长后缩短的变化趋势。合金中初始 / 界面位错密度越大 , 最小蠕变速率越高。但是, 初始显微组织特征对稳态蠕变速率没有明显影响。根据以上三部分的研究结果和认识 , 本工作初步建立了含Ta、