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乐鱼官网入口 中南大学《Acta》! 具有优异抗蠕变的新式镍基单晶高温合金!

时间:2022-09-17 14:27 点击:145 次

乐鱼官网入口 中南大学《Acta》! 具有优异抗蠕变的新式镍基单晶高温合金!

导读:铼 (Re) 是镍基单晶高温合金中最迫切的强化元素,因为它具有低扩散整个、高熔点和高 γ 相和 γ' 相之间的分拨整个。然则,其对相褂讪性的不利影响仍然是一个长期存在的有待措置的问题。本文发挥了一种新的设战术略,通过用锇 (Os) 代替 Re 来升迁镍基单晶高温合金的抗蠕变性和相褂讪性,这与无数的见解相矛盾。新贪图的 CSU-Os-2 合金在 980 °C/200 MPa/100 h 下的蠕变速度低于商用 CMSX-4 合金。此外,与 CMSX-4 合金比较,CSU-Os-2 合金在 1100 ℃表现 1000 小时后还具有更好的相褂讪性。

镍基单晶高温合金具有典型的显微组织,具有高比例的共格沉淀 γ'(有序 fcc-L1 2结构)立方体,由 γ 基体的薄通道(无序 fcc-A1 结构)离隔,具有优异的机械性能何况在高温下具有高抗蠕变性和抗疲倦性,被闲居用作高压涡轮叶片的基本材料。为特出志涡轮进口温度握住升迁的要求,Ni基单晶高温合金需要更高的抗蠕变变形能力和显微组织褂讪性。在往时的几十年里,人们一直极力于于在 Ni 基单晶高温合金中握住引入更高比例的难熔合金元素,如 Mo、W、Ta、Re 等,以升迁其抗蠕变性和相褂讪性。举例,W+Mo+Ta+Re 的总量从第二代的 16.4 wt.% 加多到第三代镍基单晶高温合金的 20.1 wt.%。其中,Re(铼)是增强蠕变变形能力最有用的改性剂,因为它具有极低的扩散整个、高熔点和对 γ 相的强分拨作为。尽管具有诱人的公道,但在新一代 Ni 基单晶高温合金中添加更高量的 Re 可能会激发脆性拓扑密排 (TCP) 相的析出,从而加快合金的失效。

因此,全天下都在用功措置 TCP 降水的问题。一种可行的表率是引入合金元素 Ru(钌),因为它的添加不错逆转分拨作为,加多 Re 和 W 在 γ 基体相中的熔解度, 裁减 TCP/γ 界面能和 γ/γ' 失配应变能。糟糕的是,Ru 的添加也可能导致拓扑回转的发生,尤其是在高温下,这反过来会影响镍基单晶高温合金的蠕变断裂寿命。因此,有能源寻找其他可能的元素来替代 Re 或 Re/Ru,旨在探索新式镍基单晶高温合金。一种有用的策略是在Ni基单晶高温合金的γ-基体中寻找互扩散整个与Re很是致使低于Re的元素。通过将 HitDIC 软件与扩散耦合/多重时期相结合,不错有用地顺服一系列二元、三元和多组分 γ Ni 基合金中与温度和要素关联的相互扩散整个。γ Ni-X 和 Ni-Al-X(X = Co、Cr、Ir、Mo、Nb、Os、Pt、Re、Rh、Ru、Ta、Ti 和 W)合金中相互扩散整个的笼统比较1423∼1573 K 标明,Os 的相互扩散整个与 Re 一般很是,在较高温度(即≥ 1300°C)下致使更低。就 γ 基体中的互扩散整个而言,Os 可能是 Ni 基单晶高温合金中 Re 的一种潜在替代元素。

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从固溶强化、抗蠕变性和显微组织褂讪性方濒临镍基单晶合金中锇替代铼的可能性进行了详备的表面分析。在获取顺服证据的情况下,中南大学粉末冶金国度重心践诺室张利军团队通过将交易 CMSX-4 合金中的 Re 替换为 Os 贪图了一种名为 CSU-Os-2 的新式无 Re 镍基高温合金,然后收效制备成单晶棒。通过适合的固溶和时效热处理,偏析真实获取缓解,并像交易合金相似产生了典型的γ/γ'微结构。在1100 ℃/1000 h表现条款下,CSU-Os-2合金的γ'析出物的聚结比CMSX-4合金慢,莫得知悉到TCP相。在 980 °C/200 MPa/100 h 蠕变变形后,CSU-Os-2 合金的蠕变速度低于 CMSX-4 合金。整个眩惑人的特质/性能都不错通过 γ 和 γ' 相之间更高的分拨整个以及很可能在 γ 相中 Os 的扩散整个低于 Re 来证明。新式无铼含锇镍基单晶高温合金的收效建筑,具有增强的抗蠕变性和显微组织褂讪性,无疑为下一代镍基单晶高温合金设备了新标的。

关勾通洽后果以题“A novel Re-free Ni-based single-crystal superalloy with enhanced creep resistance and microstructure stability”发表在增材制造顶刊Acta Materialia上。

集合:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645422007157

图 1。详备分析 Ni 基单晶高温合金顶用 Os 替代 Re 的可能性的默示图。(a) Os 或 Re 在 γ 相中的熔解度。(b) 第二代/第三代镍基单晶高温合金在 1200°C 时的蠕变性能指数。(c) γ/γ' 之间的晶格失配。

图 2。详备分析 Ni 基单晶高温合金顶用 Os 替代 Re 的可能性的默示图。(a1) Ni-Al-Cr 在 1200°C 的等温剖面,(a2) Ni-Al-Cr-Os 在 1200°C 的等温四面体,(a3) Ni-Al-Cr-Re 在 1200° 的等温剖面C。(b) Ni/Re/Os 的原子性质。

图3。贪图的超合金 CSU-Os-2 的显微组织知悉。(a) 锻造合金在(001)面上具有典型的枝晶结构。在固溶热处理之前,γ' 析出物在枝晶核 (b) 和枝晶间区域 (c) 中均呈怪异正神态。(d) 在枝晶间区域时常知悉到共晶。过程固溶和时效热处理后,该合金由典型的γ/γ'显微组织构成,在枝晶核(e)和枝晶间区域(f)具有立方神态的γ'析出物。

图 4。在铸态 (a) 和处理后 (b) 合金 CSU-Os-2 中,元素从枝晶核到枝晶间区域的偏析。在铸态合金中,Os、W、Cr和Co向枝晶间区域偏析成枝晶核等元素。热处理后,Os 和 W 的偏析作为天然大大减弱,但其他元素真实统统均质化。

图 5。合金 CSU-Os-2 在 1100 °C 下长达 1000 小时的相褂讪性。显微镜知悉发现,在不同的表现时代下,枝晶核 (a) 和枝晶间区域 (b) 均未变成 TCP。γ' 沉淀物的聚结在 400 小时后开动。

图 6。(a) 在 980 °C/200 MPa 下 100 小时后蠕变应变对时代的依赖性。两个 CSU-Os-2 样品的蠕变应变测量为 0.062% 和 0.069%,而 CMSX-4 样品的蠕变应变为 0.085% 和 0.099%。显微知悉标明,蠕变CSU-Os-2合金中的γ'析出物在(001)平面(b,c)和横截面(d)上保持相对不变。比较之下,在 CMSX-4 合金中,γ' 析出物的聚结和赫然飞舞鉴识发生在 (001) 平面 (e, f) 和横截面 (g) 上。

图 7。TEM知悉γ/γ'微观结构和元素分拨作为。(a) 在蠕变变形之前,γ' 析出物基本为长方体,Os、Co、Cr 分拨到 γ 通道和其他元素向 γ' 相。(b) 变形后,与未变形试样比较,γ' 析出物略略垂直于<001>标的飞舞,元素分区增强。

图 8乐鱼官网入口。原子探针断层扫描图和元素浓度散播。

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