氮对镍基单晶高温合金凝固行为及损伤机理的影响

氮显著影响高温合金的凝固组织和力学性能，目前关于氮的影响研究主要集中在等轴晶和定向凝固高温合金上，氮在单晶高温合金中的影响机理鲜有报道。本项目拟研究氮对镍基单晶高温合金凝固行为及损伤机理的影响，以不同氮含量（≤5ppm、10ppm和20ppm左右）的镍基单晶高温合金为研究对象，分析不同氮含量下镍基单晶高温合金糊状区宽度、凝固顺序、枝晶大小、凝固偏析及夹杂物的形态、数量和分布，揭示氮在镍基单晶高温合金凝固过程中的作用机理；通过蠕变和疲劳试验，研究氮对镍基单晶高温合金力学性能的影响；采用SEM、EDX、TEM等方法，深入分析不同氮含量镍基单晶高温合金的变形机制和断裂方式，阐明氮在合金损伤中的作用机制；在此基础上，确定氮在镍基单晶高温合金中的最佳含量范围，为建立镍基单晶高温合金对凝固缺陷的容许标准提供理论依据。

本项目研究了不同含量的氮对镍基单晶高温合金凝固行为及损伤机理的影响。结果表明：当氮含量低于32ppm时，氮对试验单晶合金的凝固温度区间、铸造工艺性能无显著影响。高含量（>32ppm）的氮促进单晶合金中疏松和夹杂的形成，降低合金流动性，不利于补缩。对试验单晶合金而言，氮含量在32ppm以下时，对所测试条件下的拉伸和持久蠕变性能是容许的。随着氮含量的增加，试验单晶合金中疏松和夹杂物的尺寸增大、数量增加，疏松和夹杂物会促进疲劳裂纹的产生和扩展，导致合金的疲劳寿命降低。