镍钴基高温合金拉伸微观变形机制的电子显微学研究

发布时间：2017-07-19 05:07

  本文关键词：镍钴基高温合金拉伸微观变形机制的电子显微学研究

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【摘要】：高温合金以其优良的高温力学性能在航空航天领域得到了广泛的应用,而其力学性能受到材料的微观结构、化学成分、加工工艺等多种因素的影响。为了开发性能更优异的材料,必须对材料的微观变形机制有较为详细的了解。本文选取了两种涡轮盘用高温合金作为实验材料,采用透射电子显微学方法,分别研究了γ’析出相和变形温度对合金拉伸微观变形机制的影响。(一)对于γ’相体积分数较低(～15%)的富钴镍基高温合金,通过改变时效热处理的时间,得到了一系列具有不同γ’析出相尺寸的样品。对样品在500℃以4×10-4s-1的应变速率进行拉伸变形。断裂后的试样制作成透射样品进行观察,分析γ’析出相尺寸变化对合金微观变形机制的影响。观察分析结果表明：随着时效时间的增加,样品中γ’析出相的平均尺寸逐渐增大,且增长的速度逐渐减慢,而其化学成分随着时效时间的变化改变不大；随着γ’析出相平均尺寸的增加,合金中主要的变形机制首先从1/2110位错对夹着反相畴切割γ’析出相转变为1/6112位错连着堆垛层错切割γ’析出相,然后转变为1/2110位错以Orowan机制绕过析出相,对应两次变形机制转变的Y’析出相的平均尺寸分别为15nnm和25nnm；在堆垛层错较多的样品中还观察到了一些变形微孪晶,根据孪晶出现的特点,判断变形微孪晶是由堆垛层错演变而来的。(二)对于γ’相体积分数较高(-45%)的镍钴基高温合金,在不同的温度下以3×10-4s-1的应变速率进行拉伸变形,采用的温度范围从室温到760℃(接近涡轮盘工作的最高温度)。拉断后的样品采用透射电子显微镜进行观察,分析其微观变形机制。研究结果表明：随着变形温度的增加,一次Y’相中的缺陷组态在不断发生变化,在室温变形时,一次丫’相中缺陷很少,随着温度升高,一次γ’相中先后出现堆垛层错和高密度的变形微孪晶；在400℃和650℃变形时,限制在一次γ’相中位于不同滑移系的堆垛层错之间存在较多的交割,形成了较多Lomer-Cottrell锁的缺陷组态,这在一定程度上抑制了层错的扩展,强化了材料；在725℃和760℃变形的样品中,堆垛层错和高密度的变形微孪晶之间也存在较多的交割,这种交割的作用类似于Lomer-Cottrell锁,既限制了堆垛层错的扩展,也阻碍了变形孪晶的加长和片层增厚；对于γ’析出相中变形微孪晶的形成机制进行分析,发现这一过程受温度影响较大,在温度较高,原子运动较为剧烈的条件下更容易发生,微孪晶的形核过程可以概括为“滑移——原子扩散、重排——相邻{111}晶面滑移”,孪晶形核后,可以以类似的方式进行片层加厚,形成几层至几十层厚的变形微孪晶。
【关键词】：镍钴基高温合金 透射电子显微学 微观变形机制 γ’析出相尺寸 温度
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG132.3
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-33
• 1.1 前言13
• 1.2 高温合金的主要组成相13-15
• 1.3 高温合金中的主要缺陷15-27
• 1.3.1 γ相中的缺陷15-17
• 1.3.2 γ’相中的缺陷17-27
• 1.4 镍钴基高温合金的研究现状27-31
• 1.4.1 组织稳定性28
• 1.4.2 拉伸性能28-29
• 1.4.3 蠕变性能29-30
• 1.4.4 疲劳性能30-31
• 1.5 本论文研究内容及目的31-33
• 第2章 实验材料和实验方法33-43
• 2.1 实验材料33-34
• 2.1.1 富钴镍基高温合金33
• 2.1.2 镍钻基高温合金33-34
• 2.2 实验设备34-35
• 2.3 实验方法35-43
• 2.3.1 透射样品制备35-36
• 2.3.2 微观结构表征36-43
• 第3章 γ’析出相对富钴镍基高温合金中温变形机制的影响43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 实验方法43-44
• 3.3 实验结果44-51
• 3.3.1 不同时效时间下沉淀相的形貌特征44-45
• 3.3.2 拉伸后材料的微观结构特征45-51
• 3.4 分析与讨论51-54
• 3.4.1 γ’析出相对合金微观变形机制的影响51-53
• 3.4.2 合金中变形孪晶的形成机制53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 变形温度对镍钴基高温合金变形机制的影响55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 实验材料与方法55-56
• 4.3 材料的微观结构特征56-60
• 4.3.1 元素的分布特征56
• 4.3.2 变形后样品的微观结构56-60
• 4.4 分析与讨论60-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第5章 结论67-69
• 参考文献69-81
• 致谢81-83
• 攻读硕士学位期间发表论文83-84
• 学位论文评阅及答辩情况表84

【共引文献】

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本文编号：561301