DD5單晶高溫合金的組織、性能及再結(jié)晶行為研究.pdf

1、單晶高溫合金因其在高溫環(huán)境下優(yōu)異的綜合力學性能，已經(jīng)被廣泛運用到航空發(fā)動機及燃氣輪機中。但由于單晶制備工藝復雜、成品率低，相關研究也一直是國內(nèi)外的研究熱點。因此開展的工藝參數(shù)對單晶組織及性能影響研究具有重要的理論價值和實際應用價值。
　　本文是基于DD5單晶高溫合金為研究對象，通過快速凝固法(HRS)獲得不同工藝參數(shù)下的單晶試樣。通過對單晶試樣的宏觀組織及微觀組織分析，歸納不同工藝參數(shù)對DD5單晶組織的影響規(guī)律;研究不同工藝參數(shù)和

2、使用環(huán)境對DD5單晶試樣力學性能的影響;另外還分析了最優(yōu)工藝參數(shù)下的DD5單晶試樣的再結(jié)晶行為，獲得了其再結(jié)晶規(guī)律。研究結(jié)果表明:
　　DD5單晶宏觀組織在抽拉速率為2mm/min和3mm/min時能獲得完整單晶組織;隨著抽拉速率的增加，微觀組織中枝晶組織越來越致密，共晶含量增加，碳化物由大塊狀向細長條狀轉(zhuǎn)變，枝晶干γ'相的尺寸和數(shù)量相應減小。DD5各主要元素中，Co、W、Re屬于正偏析，Al、Cr、Ta屬于負偏析。另外，過熱處理

3、時間增加，一次枝晶間距隨之減小，枝晶間的γ'相變得細小和規(guī)整。
　　DD5單晶常溫拉伸實驗結(jié)果表明，隨著抽拉速率的增加，抗拉強度呈先減小后增大的規(guī)律，在實驗范圍內(nèi)最大值為1087MPa;而屈服強度在925MPa左右波動，延伸率呈先下降后上升的變化趨勢;常溫拉伸斷口主要由大量小平面組成，且有較多解理臺和河流花樣，說明合金的斷裂機制為解理斷裂。
　　DD5單晶試樣高溫拉伸實驗結(jié)果表明，當在800℃時，DD5的抗拉強度和屈服強度達

4、到最大值，延伸率有所下降;800℃以下時，DD5合金的抗拉強度和屈服強度接近常溫時拉伸性能;在800℃以上時，其強度迅速下降，但延伸率有所上升。另外，隨著高溫拉伸的溫度升高，其斷裂形式由脆性斷裂向韌脆混合型斷裂再向韌性斷裂轉(zhuǎn)變。
　　抽拉速率為3mm/min且承受載荷的DD5單晶試樣在熱處理工藝為1100℃×4h和1170℃×4h時，沒有再結(jié)晶行為，但共晶組織周圍有大量大尺寸γ'相析出;在熱處理工藝為1220℃×4h時，在壓痕附近

5、發(fā)現(xiàn)少量尺寸較小的胞狀再結(jié)晶;在熱處理工藝為1270℃×4h時，只有載荷影響區(qū)的枝晶干發(fā)生了再結(jié)晶;在熱處理工藝為1320℃×4h時，受載荷影響區(qū)已有明顯的再結(jié)晶晶粒。因此，單晶中γ'相的溶解決定了再結(jié)晶行為的發(fā)生。
　　隨著載荷的增加，DD5單晶再結(jié)晶發(fā)生的深度和范圍變大，壓痕附近的再結(jié)晶晶粒數(shù)量多尺寸小，遠離壓痕處的再結(jié)晶晶粒數(shù)量少尺寸大，且明顯低于CMSX-6的再結(jié)晶深度。由于DD5單晶中C元素對再結(jié)晶形成的新晶界有強化作用