<001>单晶高温合金低温蠕变行为及铼在其中的作用

单晶涡轮叶片在服役过程中，其叶根以及气冷通道内壁可能发生明显的低温蠕变损伤。这点往往被忽视，导致对单晶高温合金低温蠕变变形行为的研究不够，低温蠕变变形机制存在很多争议之处。本项目拟在前期工作的基础上，主要研究如下问题：（1）外加应力对<001>取向的单晶高温合金的低温蠕变变形机制的影响；（2）与<001>取向偏离10-12度的单晶高温合金的低温蠕变变形机制；（3）Re对单晶高温合金低温蠕变变形行为的影响。根据以上研究结果，探讨单晶高温合金低温蠕变过程中<112>位错、堆垛层错或堆垛层错锁的形成机制；确定<001>取向偏离10-12度的单晶高温合金的低温蠕变变形机制；揭示Re对单晶高温合金低温蠕变变形机制的影响；进一步充实单晶高温合金的低温蠕变理论，为单晶高温合金材料设计和工程化应用奠定扎实的理论基础。

本课题系统研究了外加应力、取向偏离度及元素Re对<001>取向的单晶高温合金的低温蠕变行为和变形机制的影响，探讨了单晶高温合金低温蠕变过程中<112>位错、堆垛层错或堆垛层错锁的形成机制，确定了<001>取向偏离10-12度的单晶高温合金的低温蠕变变形机制，揭示了Re对单晶高温合金低温蠕变变形机制的影响。研究发现：.随着外加应力的增加，合金在蠕变第一阶段的初始应变速率和应变量明显增加，但蠕变寿命明显降低。合金在蠕变不同阶段的变形组织发生明显变化。当外加应力为550MPa时，合金变形主要通过a/2<101>位错以Orowan绕过机制越过γ'相为主；当外加应力为700MPa时，合金变形主要以a/2<101>位错滑动和单方向的a/3<112>不全位错剪切γ'相为主；当外加应力为850MPa时，蠕变第一和第二阶段变形主要受控于不同方向a/3<112>不全位错剪切γ'相为主，蠕变第三阶段变形主要受控于<101>{111}滑移系。外加应力明显影响a/3<112>不全位错的形成机制。外加应力为850MPa时，a/3<112>位错主要通过a/2<101>位错分解形成；外加应力为700MPa时，a/3<112>位错主要通过不同方向的a/2<101>位错反应形成。.当合金取向偏离<001>方向12o时，其Schmid因子增大，低温持久性能降低。合金取向靠近<001>-<101>边界合金的稳态蠕变速率低，蠕变寿命长；合金取向靠近<001>-<111>边界合金的稳态蠕变速率高，蠕变寿命短。取向靠近<001>-<101>边界合金，蠕变第一阶段变形主要受控于不同方向<110>{111}滑移系开动，蠕变第二和第三阶段变形受控于<110>{111}和<112>{111}滑移系；取向靠近<001>-<111>边界合金，蠕变三个阶段变形都受控于单方向<112>{111}滑移系。.Re降低了合金在760oC/850MPa和760oC/700MPa作用下的第一阶段蠕变应变量，明显降低了合金在760oC/850MPa作用下的稳态蠕变速率，提高了合金的蠕变寿命。Re细化了γ'相组织，改变了元素的偏析，促进了γ基体堆垛层错的形成，略微降低了合金产生堆垛层错的临界分切应力。3Re合金760oC/850MPa三个蠕变阶段的变形都主要都受控于<112>{111}滑移系。