靜電場(chǎng)下鎳基變形高溫合金GH4169組織演化機(jī)理研究.pdf

1、高溫合金是國(guó)家科技發(fā)展水平及國(guó)防能力的標(biāo)志性重要金屬材料，一直以來(lái)廣受世界材料界的關(guān)注。但隨著社會(huì)和國(guó)防工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)高溫合金性能要求不斷提高。為此，近年來(lái)利用能量密度高、可精確控制、應(yīng)用成本低及環(huán)保的靜電場(chǎng)處理，改善高溫合金化組織與性能成為研究之熱點(diǎn)，但靜電場(chǎng)下高溫合金組織演化機(jī)理尚未澄清，本文以我國(guó)航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的鎳基變形高合金GH4169為對(duì)象，借助掃摘電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、內(nèi)耗及正電子湮沒(méi)等分析技術(shù)，研究了靜

2、電場(chǎng)時(shí)效對(duì)合金的組織演化影響和機(jī)理，以期為實(shí)現(xiàn)靜電場(chǎng)下高溫合金的組織有效控制與強(qiáng)韌化提供基礎(chǔ)。
　　研究所獲主要結(jié)論如下：
　　(1)靜電場(chǎng)有效地促進(jìn)了GH4169合金時(shí)效中原子的熱運(yùn)動(dòng)，誘發(fā)合金空位數(shù)量的大幅上升、平均尺寸增加。
　　(2)靜電場(chǎng)誘發(fā)GH4169合金時(shí)效中的單空位定向遷移所形成的空位流，并促進(jìn)了單空位向空位團(tuán)簇的轉(zhuǎn)化，由此加速析出相的粗化。在1023K和1073K時(shí)效下施加6kV/cm靜電場(chǎng)，合金中γ

3、'相和γ"相的粗化過(guò)程服從LSW擴(kuò)散控制規(guī)律，γ'相和γ"相的長(zhǎng)大激活能分別為115.6kJ·mol-1和198.1kJ·mol-1，與常規(guī)時(shí)效處理時(shí)的相比，分別下降了52.2％和30.6％。同時(shí)，靜電場(chǎng)加速了Al和Nb原子的短程擴(kuò)散，使其在基體中的擴(kuò)散系數(shù)升高，達(dá)到其在未加電場(chǎng)時(shí)效擴(kuò)散系數(shù)的1.6～5.0倍。
　　(3)對(duì)板狀GH4169合金時(shí)效中施加靜電場(chǎng)，在試樣內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度在D層達(dá)到均勢(shì)，即產(chǎn)生由試樣D層分別向上下表面遷移的空

4、位流，由此誘發(fā)了Fe和Cr原子在D層的偏聚。偏聚的大量Fe和Cr原子使合金晶格產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，從而引起此層合金的硬化。
　　(4)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理GH4169合金在798K進(jìn)行保溫10h的8kV/cm靜電場(chǎng)處理，合金基體中空位數(shù)量大幅增加，具有較高的缺陷能。在10-4s-1和10-2s-1應(yīng)變速率下進(jìn)行室溫拉伸，由靜電場(chǎng)處理誘發(fā)的晶格畸變和增多的間隙原子對(duì)較低運(yùn)動(dòng)速率的位錯(cuò)產(chǎn)生了明顯的阻礙作用，使合金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高。在室溫低應(yīng)

5、變速率拉伸時(shí)，在試樣頸縮區(qū)域，累積的應(yīng)變能和初始較高的缺陷能使該區(qū)域內(nèi)能大幅提升，為局部原子的重新排列提供了能量，合金晶粒發(fā)生碎化，得到均勻細(xì)小的晶粒。
　　(5)靜電場(chǎng)處理誘發(fā)的大量間隙原子對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用與基體中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)速率密切相關(guān)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率越低，其阻礙作用越顯著，使靜電場(chǎng)處理GH4169合金低應(yīng)變速率（10-4s-1和10-2s-1）拉伸的應(yīng)變速率敏感指數(shù)為-0.011。在室溫高應(yīng)變速率（102s-1和103s-1

6、）拉伸過(guò)程中，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率大幅提高，間隙原子對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用變得極其微弱，由于多滑移系的開(kāi)動(dòng)，位錯(cuò)密度隨應(yīng)變速率的升高不斷增加，靜電場(chǎng)處理GH4169合金的應(yīng)變速率敏感指數(shù)上升。
　　(6)由于靜電場(chǎng)誘發(fā)GH4169合金間隙原子的大量增多，促進(jìn)了間隙原子對(duì)位錯(cuò)的釘扎，因此，在923K、10-2s-1拉伸時(shí)，合金發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效表現(xiàn)出了形成激活能較高的B型鋸齒波。這是由于前期的靜電場(chǎng)處理使GH4169合金發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的形成激