低层错能镍基变形高温合金反常动态应变时效机理

动态应变时效（Dynamic Strain Aging，DSA）是金属和合金在变形过程中的一种重要现象,对其机理的研究多集中在位错与溶质原子的相互作用方面。申请人前期研究发现，在低层错能镍基高温合金中存在着以堆垛层错参与塑性变形的反常动态应变时效，这种新现象在动态应变时效中未见报道。本项目拟研究镍基变形高温合金堆垛层错的形成机制和反常动态应变时效机理等关键问题。采用SEM、TEM、HRTEM、力学试验机等材料表征和测试手段系统研究两种低层错能镍基变形高温合金的反常动态应变时效现象；分析位错、堆垛层错、孪晶和析出相的分布状态等因素对动态应变时效的影响，揭示堆垛层错在拉伸过程中的形成机制及其对反常动态应变时效的影响，建立低层错能镍基变形高温合金反常动态应变时效的物理模型，丰富和发展现有建立在位错与溶质原子作用基础上的动态应变时效模型。为航空发动机新材料的开发和应用提供理论依据和技术支持。

动态应变时效（Dynamic Strain Aging，DSA）是金属和合金在变形过程中的一种重要现象,对其机理的研究多集中在位错与溶质原子的相互作用方面。前期研究发现，在低层错能镍基高温合金中存在着以堆垛层错参与塑性变形的反常动态应变时效，这种新现象在动态应变时效中未见报道。本基金从动态应变时效与高温合金的合金成分、变形温度、应变速率、激活能、应力跌幅以及临界应变量之间的关系、堆垛层错和孪晶在拉伸实验过程中的形成机制以及热处理及层错能变化对堆垛层错及微孪晶运动方式的影响等多个方面进行了研究。获得了位错、堆垛层错、孪晶和析出相的分布状态等因素对动态应变时效尤其是反常动态应变时效的影响规律；利用TEM观察了不同温度下变形样品，发现随着温度的升高，材料的变形机制也随之改变，低温变形以位错滑移为主，中温变形以层错为主，高温变形以孪生为主。明确了堆垛层错在拉伸过程中的作用机制及其对反常动态应变时效的影响，即动态应变时效初始阶段是由位错脱钉引起的，主要表现为全位错分解为层错，随着变形量的增加，层错之间以及层错与位错之间的相互作用成为影响反常动态应变时效的主要因素。此外，在粗晶合金中发现了宏观零应变形变孪晶。通过对孪晶两端位错的分析，提出了由层错形核和位错偶形核的两种宏观零应变孪晶的形核机制。层错能的降低使合金中温时的拉伸变形机制由层错切割gamma prime相向微孪晶转变，这些变形微孪晶虽然提高了合金的强度和应变强化能力，但也造成了合金的中温脆性。上述研究结果丰富和发展现有建立在位错与溶质原子作用基础上的动态应变时效模型，为航空发动机新材料的开发和应用提供理论依据和技术支持。相关结果已发表在Scripta Materialia和Materials & Design等国内外核心期刊上。