取向对一种含Ru镍基单晶高温合金力学性能的影响

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镍基单晶高温合金是航空发动机四大热端部件首选的高温材料。随着航空飞机的不断发展,对航空发动机涡轮叶片提出了更高的性能要求。涡轮叶片是航空发动机的四大热端部件之一,对其性能也有着极高的要求,涡轮叶片的主受力方向沿着其[001]取向,但是涡轮叶片在服役过程中受力复杂,不仅受离心力的作用,还要受热应力和循环应力的作用,导致涡轮叶片局部受到的各个方向的应力。另外,在涡轮叶片服役过程中,其晶格发生转动,导致涡轮叶片的主受力方向偏离[001]取向。同时,镍基单晶高温合金含有60%-70%的有序的第二相,导致镍基单晶高温合金的力学性能具有各向异性。但目前有关于取向对第四代单晶高温合金拉伸持久性能的影响的研究十分有限。因此本文采用一种含Ru镍基单晶高温合金为实验材料制备出[001]、[011]和[111]取向合金,研究取向对一种含Ru镍基单晶高温合金拉伸持久力学性能的影响。基于此背景,本文采用[001]、[011]和[111]三种取向的一种含Ru的第四代镍基单晶高温合金为实验材料,主要利用电子背散射衍射(EBSD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线(XRD)研究了三种取向合金的拉伸行为和持久行为以及相关的微观变形机制和取向对拉伸持久等力学性能的影响。本文主要的工作内容与结果如下:(1)通过观察[001]、[011]和[111]三种取向试样的铸态枝晶花样和热处理态的扫描组织,结果表明:[001]和[011]取向试样的铸态枝晶花样呈“+”状,而[111]取向试样的铸态枝晶花样呈等边三角形。[001]取向试样的γ’相表现为立方状;[011]取向试样的γ’相表现为长方形;[111]取向试样的γ’相表现为等边三角形。对比发现,取向影响单晶合金铸态组织形貌以及热处理态γ/γ’两相形貌。(2)通过[001]、[011]和[111]三种取向试样的拉伸实验,研究了取向对一种含Ru镍基单晶高温合金拉伸性能的影响,并对试样进行显微组织观察以及变形机制分析,结果表明:在室温、760℃和1100℃时,[111]取向试样的拉伸性能最好,而[011]取向试样的拉伸性能最差。在室温和1100℃时[011]取向试样的塑性最好,在760℃时[111]取向试样的塑性最好。经研究发现,试样的拉伸性能受其Schmid因子以及有效滑移系数量的影响。(3)通过[001]、[011]和[111]三种取向试样的持久实验,研究了取向对一种含Ru镍基单晶高温合金持久性能的影响,并对试样进行显微组织观察以及变形机制分析,结果表明:在中温高应力条件下,[111]取向试样的持久性能最好,[011]取向试样的持久性能最差。在高温低应力条件下,[001]取向试样的持久性能最好;在1100℃/165 MPa条件下[111]取向试样的持久性能最差;而在1140℃/137 MPa条件下[011]取向试样的持久性能最短。经研究发现,试样的持久性能受其变形机制的影响。
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