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一种6Re/3Ru镍基单晶高温合金微观组织的稳定性和高温持久性能

661 编辑：中冶有色网来源：陈瑞志,刘丽荣,郭圣东,张迈,卢广先,李远,赵云松,张剑

2024-04-15 16:48:51

镍基单晶高温合金在高温下具有优异的抗蠕变性、抗热腐蚀性、抗氧化性和组织稳定性，可用于制造航空发动机和舰船发动机的涡轮叶片 [1~3] 镍基单晶合金在高温下的优异力学性能，可归因于各种难熔元素和从基体中共格析出的γ'强化相特别是第二代和第三代单晶高温合金中引入的质量分数为3%和6%的Re元素，使其承温能力显著提高[4,5] 但是，合金中添加的Re元素促进拓扑密排相(TCP相)的析出，严重影响其力学性能和稳定性[6] 在第四代镍基单晶高温合金中引入Ru元素，可减少TCP相的析出而使其具有良好的组织稳定性及蠕变性能[7] O'hara等[8]提出，Ru元素能引起合金元素在γ和γ'两相间的逆分配，因此可抑制含Ru合金中TCP相析出 Hobbs等[9]认为，Ru含量的提高使SRR300D合金在1100 ℃长期时效后γ基体的体积分数增加，TCP相形成元素在γ基体中过饱和度的降低使TCP相的析出被抑制此外，在合金中加入Ru还能提高γ/γ'晶格错配度，进而在高温蠕变时产生更致密的界面位错网，使持久寿命提高[10] 航空发动机的涡轮叶片长期在高温下工作，因此其在高温下的微观组织稳定性极为重要进行长期时效可模拟合金在服役时的温度状态，评价合金的组织稳定性在长期时效过程中镍基单晶高温合金不可避免地会发生组织演变，如γ'相的退化、筏化、形成γ/γ'界面位错网以及析出TCP相 Sun等[11]发现，一种含5%Re的合金在1100℃长期时效500 h后其组织退化严重，形成γ'相筏形组织和析出大量TCP相史振学等[12]研究了一种第四代单晶合金的组织稳定性，发现其在1070℃长期时效400 h后析出少量针状TCP相(σ相)，长期时效800 h后γ'相形成较完善的筏形组织此外，涡轮叶片在服役时还要承受离心应力，因此合金的高温低应力蠕变性能也是重要的性能指标陈晶阳等[13] 研究了无Ru和含Ru合金，发现加入Ru可促进筏形组织的形成并增大γ/γ'两相错配度，形成的致密位错网可显著提高其在1100 ℃/140 MPa下的持久寿命舒德龙[14]发现，一种Ru含量为3%的镍基单晶合金在1100℃/137 MPa条件下的持久寿命为323 h，认为在持久变形后γ'相中保留的大量K-W锁可抑制位错的滑移和交滑移，使合金具有较高的持久寿命鉴于此，本文对一种四代镍基单晶高温合金进行1000

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