抗热腐蚀单晶高温合金的热腐蚀及长时蠕变机理研究

基本信息
批准号:51631008
项目类别:重点项目
资助金额:320.00
负责人:张健
学科分类:
依托单位:中国科学院金属研究所
批准年份:2016
结题年份:2021
起止时间:2017-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:冯强,刘林,谢光,王栋,张功,黄太文,郭敏,姜祥伟,丁贤飞
关键词:
合金元素组织稳定性单晶高温合金长时蠕变机理热腐蚀机理
结项摘要

Industrial gas turbines are major equipments for the national development strategy of clean energy. Hot corrosion resistant single crystal (SX) superalloys are key engineering materials of hot-section components in advanced gas turbine systems, operating in hot corrosion environment and under complex loading at high temperature for long time (>20,000h). Compared with the established strengthening mechanisms in high-strength SX superalloys used in aero engines, the systematic investigations on hot corrosion mechanism and long term creep mechanism have not been conducted yet. Several critical issues are still unclear in hot corrosion resistant SX alloys, including the influence of key elements on hot corrosion mechanism and long term creep degradation behaviors as well as the major strengthening mechanisms at different stages during service. Therefore, the progress for fundamental understanding of alloy design and development has still been limited in hot corrosion resistant SX alloys at present..Based on the service conditions of hot corrosion resistant SX alloys, the objectives of the current project focus on the influence of some key elements (Ta, Re and S) on hot corrosion behaviors and mechanism as well as high temperature creep damage mechanisms at different stages during long term service. This study is to explore new approaches for improving mechanical properties of SX superalloys, while maintaining excellent corrosion resistance and long-term microstructural stability. The project will finally develop some modeling approaches for alloy design and optimization of hot corrosion resistant SX alloys, and provide fundamental understanding for developing domestic key engineering materials with proprietary intellectual property rights in advanced industrial gas turbines.

燃气轮机是实现我国清洁能源战略的关键装备。抗热腐蚀单晶高温合金是先进燃气轮机的核心热端材料,在热腐蚀、高温、复杂载荷等苛刻环境下长期工作(>20000小时)。与目前发展较为完备的航空发动机用高强单晶合金理论体系相比,由于缺乏对热腐蚀机理和长时蠕变机理的系统研究,关键元素对热腐蚀行为的影响机理存在争议,长时蠕变不同阶段的强化机制尚不明确,导致抗热腐蚀单晶合金成分设计理论和方法的发展相对落后。本项目针对抗热腐蚀单晶合金的服役环境特点,深入研究Ta、Re、S等关键合金元素和杂质元素对单晶合金高温热腐蚀行为和机理、高温长时蠕变变形和损伤机制的影响,揭示抗热腐蚀单晶合金在复杂环境下长时服役不同阶段的主要损伤机理,探索在兼顾抗热腐蚀性能和长期稳定性的基础上,改善先进燃气轮机用单晶合金综合力学性能的新思路,提出高强抗热腐蚀单晶合金成分设计优化的新准则,为我国先进燃气轮机关键材料的自主研发奠定理论基础。

项目摘要

燃气轮机是实现我国清洁能源战略的关键装备。抗热腐蚀单晶高温合金是先进燃气轮机的核心热端材料,在热腐蚀、高温、复杂载荷等苛刻环境下长期工作。与目前发展较为完备的航空发动机用高强单晶合金理论体系相比,由于缺乏对热腐蚀机理和长时蠕变机理的系统研究,关键元素对热腐蚀行为的影响机理存在争议,长时蠕变不同阶段的强化机制尚不明确,导致抗热腐蚀单晶合金成分设计理论和方法的发展相对落后。因此,本项目针对抗热腐蚀单晶合金的服役环境特点,深入研究了Ta、Re、S等关键合金元素和杂质元素对单晶合金高温热腐蚀行为和机理的影响,阐明了Ta和Re元素在长时蠕变中的强化作用机理,确定了Ta和Re元素对合金组织稳定性的影响规律。首次在高温合金腐蚀产物中发现了TaS2以及TaS2与CrSx之间的转换,并基于热力学和动力学因素进行了合理解释。发现了含Re合金热腐蚀动力学遵循多段抛物线规律,ppm级S含量的变化也可明显恶化合金的氧化和热腐蚀性能。与短时位错蠕变相比,合金长时变形行为主要受控于扩散蠕变。Ta和Re元素的添加细化了合金γ′相组织,显著阻碍了合金元素扩散、延缓了位错运动,降低了合金最小蠕变速率。同时,Ta和Re元素促使合金“N”型筏排组织的形成,结合相界面和特征缺陷处的重元素偏聚,进一步提高合金长时蠕变寿命。在长时热暴露过程中,Ta和Re元素的加入都降低了合金γ′相的粗化速率和γ/γ′两相错配度,促进了合金TCP相的析出。优化了高强抗热腐蚀单晶合金设计准则,设计并研制出了第二代抗热腐蚀单晶合金的原型合金。通过本项目的研究,不仅可以进一步加深我们对复杂合金体系热腐蚀和长时蠕变行为的理解,而且将为发展我国燃气轮机用关键单晶合金奠定扎实的理论基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
2

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
3

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1374
发表时间:2020
4

变可信度近似模型及其在复杂装备优化设计中的应用研究进展

变可信度近似模型及其在复杂装备优化设计中的应用研究进展

DOI:10.3901/jme.2020.24.219
发表时间:2020
5

结直肠癌肝转移患者预后影响

结直肠癌肝转移患者预后影响

DOI:10.3969 /j.issn.1002-266X.2016.23.023
发表时间:2016

张健的其他基金

批准号:51371185
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:59806006
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401366
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30700416
批准年份:2007
资助金额:15.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51308115
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60673044
批准年份:2006
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:51379064
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:31001138
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:69703014
批准年份:1997
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51178001
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:11402197
批准年份:2014
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31200456
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81671482
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:91418206
批准年份:2014
资助金额:180.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51579121
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:11604046
批准年份:2016
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91860201
批准年份:2018
资助金额:300.00
项目类别:重大研究计划
批准号:40474031
批准年份:2004
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:50576044
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81772226
批准年份:2017
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:61803114
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81871859
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:71171021
批准年份:2011
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:31101275
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51079050
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81900337
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51804101
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81571121
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:60672002
批准年份:2006
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:81873472
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51076082
批准年份:2010
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:41601185
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901245
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51505269
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:90608006
批准年份:2006
资助金额:50.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61905016
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473137
批准年份:2014
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31471725
批准年份:2014
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
批准号:41574074
批准年份:2015
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30270723
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:91222105
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:11601145
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19401037
批准年份:1994
资助金额:2.40
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51879087
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81302127
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61902009
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11572330
批准年份:2015
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:51709145
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11071177
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:11371267
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:61004048
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30470945
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81872044
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51401036
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51376190
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31600674
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30872014
批准年份:2008
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:71802160
批准年份:2018
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51171193
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:41402267
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91753117
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81900683
批准年份:2019
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61403348
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81672267
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51171203
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:40174027
批准年份:2001
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:81200901
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51605338
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21002062
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31670439
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:39700143
批准年份:1997
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81601175
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874347
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51602161
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50906096
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30471706
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:81770523
批准年份:2017
资助金额:51.00
项目类别:面上项目
批准号:61070039
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:31502197
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60878048
批准年份:2008
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:51805108
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81371844
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81202882
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30070415
批准年份:2000
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:21073191
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:11871138
批准年份:2018
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:31071150
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:41174085
批准年份:2011
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:50176026
批准年份:2001
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:30170400
批准年份:2001
资助金额:17.00
项目类别:面上项目
批准号:51502157
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61076070
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:61302053
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31370628
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:11872190
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81300795
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51608449
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10626037
批准年份:2006
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:31660150
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31871229
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:40074022
批准年份:2000
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:30700818
批准年份:2007
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30871384
批准年份:2008
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:51874049
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:81172292
批准年份:2011
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81400239
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11426023
批准年份:2014
资助金额:15.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81372390
批准年份:2013
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:31571437
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81801920
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61572047
批准年份:2015
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:21773242
批准年份:2017
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41772214
批准年份:2017
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51578010
批准年份:2015
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51407158
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:69772042
批准年份:1997
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:81071490
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:51509235
批准年份:2015
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700842
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51376106
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51702044
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10771151
批准年份:2007
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:81130046
批准年份:2011
资助金额:240.00
项目类别:重点项目
批准号:61802329
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21702046
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50971054
批准年份:2009
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:59575084
批准年份:1995
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:81771513
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

腐蚀环境下镁合金蠕变行为及机理

批准号:50901035
批准年份:2009
负责人:宋雨来
学科分类:E0104
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

Re元素对镍基单晶合金长时蠕变损伤与寿命的影响机理及描述模型研究

批准号:51875462
批准年份:2018
负责人:温志勋
学科分类:E0504
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
3

高温热腐蚀与蠕变疲劳耦合作用下镍基高温合金的损伤机理与寿命预测研究

批准号:51605015
批准年份:2016
负责人:李少林
学科分类:E0504
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

单晶高温合金γ/γ′双相氧化腐蚀机理的第一性原理研究

批准号:51401008
批准年份:2014
负责人:赵文月
学科分类:E0103
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目