北京工业大学韩晓东教授团队：Ni基单晶高温合金中γʹ粗化行为的电子显微学研究
2019-08-28 13:16:09 浏览：14680 来源：
单位：北京工业大学
背景介绍
Ni基单晶高温合金由于其优异的高温力学性能、抗氧化性和抗腐蚀性，成为航空发动机热端部件不可替换的关键材料，被广泛地应用于航空航天领域。镍基单晶高温合金的微观组织由g和g′相组成，其中g相FCC结构的富Ni固溶体、g′相是L12结构的沉淀强化相，它们相互共格，沿<001>方向呈网格状排布。由于g′相可以有效抑制g相基体所产生的位错，对于延缓合金的塑性变形并提高强度具有重要作用，因此研究g′相的热稳定性对于优化合金的高温服役性能具有重要指导作用。研究内容
本文采用扫描电镜和透射电镜，研究了长期时效过程中镍基单晶高温合金中γ′相的粗化行为。研究发现在长期时效过程中g′相的尺寸逐渐增加，g′相的尺寸由初始的方块状演变为长条状。结合定量化分析，发现g′相尺寸的粗化速率逐渐降低、g′相体积分数先降后增。g′相尺寸在时效初始阶段遵循Ostwald熟化规律，粗化到一定程度会发生g′相合并，合并后便不再按Ostwald熟化规律增加。g′相尺寸体积分数变化规律是由外界温度升高及时间延长所引起的先回溶后脱溶所导致。图文赏析
图1. 两种实验材料热处理态的显微结构图。a. c：Bar= 1 μm
图2. Re-free合金经长期时效处理后的显微结构演化。a-f. 100 ~ 3000 h时效处理后的SEM像，Bar= 2μm；g-l. 根据图 (a-f) 统计出的g′相尺寸分布图。
图3. Re-alloy合金经长期时效处理后的显微结构演化。a-f. 100-3000 h时效处理后的SEM像，Bar= 2 μm；g-l. 根据 (a-f) 统计出的g′相尺寸分布图。
图4. 处理态Re-alloy合金的成分分布图。Bar= 5 nm
总结与展望
本文对比研究了两种镍基单晶高温合金在长期时效过程中的g′相粗化行为，主要结论如下。(1) 随时效时间延长，g′相尺寸先遵循Ostwald熟化规律粗化，尺寸粗化到一定程度会发生g′相合并，而合并令g′相尺寸不再按Ostwald熟化规律增加，其粗化的驱动力有所降低。(2) Re元素在g相内的分布及g/g′相界面的偏聚会阻碍γʹ相的粗化，进而造成Re-alloy合金中γʹ相的粗化速率较Re-free合金低。(3) 两种合金内g′相体积分数均遵循先降后增的规律，产生该现象的原因是外界条件改变所引起的g′相回溶及脱溶行为。请点击阅读原文查看《电子显微学报》2022年第5期原文。
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