鎳鈷基高溫合金拉伸微觀變形機(jī)制的電子顯微學(xué)研究.pdf

1、高溫合金以其優(yōu)良的高溫力學(xué)性能在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而其力學(xué)性能受到材料的微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、加工工藝等多種因素的影響。為了開發(fā)性能更優(yōu)異的材料，必須對材料的微觀變形機(jī)制有較為詳細(xì)的了解。本文選取了兩種渦輪盤用高溫合金作為實(shí)驗(yàn)材料，采用透射電子顯微學(xué)方法，分別研究了γ'析出相和變形溫度對合金拉伸微觀變形機(jī)制的影響。
　?。ㄒ唬τ讦?相體積分?jǐn)?shù)較低(～15％)的富鈷鎳基高溫合金，通過改變時效熱處理的時間，得到了一系列具有

2、不同γ'析出相尺寸的樣品。對樣品在500℃以4×10-4s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行拉伸變形。斷裂后的試樣制作成透射樣品進(jìn)行觀察，分析γ'析出相尺寸變化對合金微觀變形機(jī)制的影響。觀察分析結(jié)果表明:隨著時效時間的增加，樣品中γ'析出相的平均尺寸逐漸增大，且增長的速度逐漸減慢，而其化學(xué)成分隨著時效時間的變化改變不大;隨著γ'析出相平均尺寸的增加，合金中主要的變形機(jī)制首先從1/2<110>位錯對夾著反相疇切割γ'析出相轉(zhuǎn)變?yōu)?/6<112>位錯連著堆

3、垛層錯切割γ'析出相，然后轉(zhuǎn)變?yōu)?/2<110>位錯以O(shè)rowan機(jī)制繞過析出相，對應(yīng)兩次變形機(jī)制轉(zhuǎn)變的γ'析出相的平均尺寸分別為15nm和25nm;在堆垛層錯較多的樣品中還觀察到了一些變形微孿晶，根據(jù)孿晶出現(xiàn)的特點(diǎn)，判斷變形微孿晶是由堆垛層錯演變而來的。
　　（二）對于γ'相體積分?jǐn)?shù)較高(～45％)的鎳鈷基高溫合金，在不同的溫度下以3×10-4s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行拉伸變形，采用的溫度范圍從室溫到760℃（接近渦輪盤工作的最高溫度

4、）。拉斷后的樣品采用透射電子顯微鏡進(jìn)行觀察，分析其微觀變形機(jī)制。研究結(jié)果表明:隨著變形溫度的增加，一次γ'相中的缺陷組態(tài)在不斷發(fā)生變化，在室溫變形時，一次γ'相中缺陷很少，隨著溫度升高，一次γ'相中先后出現(xiàn)堆垛層錯和高密度的變形微孿晶;在400℃和650℃變形時，限制在一次γ'相中位于不同滑移系的堆垛層錯之間存在較多的交割，形成了較多Lomer-Cottrell鎖的缺陷組態(tài)，這在一定程度上抑制了層錯的擴(kuò)展，強(qiáng)化了材料;在725℃和760

5、℃變形的樣品中，堆垛層錯和高密度的變形微孿晶之間也存在較多的交割，這種交割的作用類似于Lomer-Cottrell鎖，既限制了堆垛層錯的擴(kuò)展，也阻礙了變形孿晶的加長和片層增厚;對于γ'析出相中變形微孿晶的形成機(jī)制進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這一過程受溫度影響較大，在溫度較高，原子運(yùn)動較為劇烈的條件下更容易發(fā)生，微孿晶的形核過程可以概括為“滑移——原予擴(kuò)散、重排——相鄰{111}晶面滑移”，孿晶形核后，可以以類似的方式進(jìn)行片層加厚，形成幾層至幾十層厚的