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抗热腐蚀镍基单晶高温合金DD483是某地面燃气轮机用涡轮叶片材料,采用螺旋选晶法制备。本论文制定了DD483合金的热处理制度并研究了不同热处理阶段的组织演化规律;通过断口分析及变形后的微观组织观察,探讨了该合金拉伸和持久性能及其变形机理;研究了合金在长期时效过程中的组织演化。
通过观察不同固溶温度处理后的合金组织,选定固溶处理温度为1265℃,确定合金的热处理制度:1204℃/1h+1265℃/1h/AC+1080℃/4h/AC,并对热处理不同阶段的组织进行观察。
重点研究了0~30°范围内偏离度对DD483合金室温和950℃拉伸性能的影响,对其进行定量研究及理论推导。室温和950℃瞬时拉伸时,抗拉强度和屈服强度均随偏离度增加而减小,塑性随偏离度的增加而增加。室温拉伸时样品的变形机制为单一滑移系位错剪切γ,断裂机制为类解理断裂,不同偏离度样品拉伸性能的差异在于晶体不同方向上Schmid因子与弹性模量的不同。950℃瞬时拉伸时,样品变形机制为多滑移系位错剪切γ,断裂机制为微孔聚集型断裂,由于多个滑移系的开动,偏离度对拉伸强度的影响相对室温时减弱。此外,还测试了DD483合金室温至1000℃的瞬时拉伸性能:试棒在750℃拉伸时抗拉强度达到峰值1300MPa,屈服强度达到1105MPa。
测试了DD483合金在1040℃/137MPa和982℃/250MPa条件下的持久性能并分析其变形机制。在1040℃/137MPa条件下持久试验时,位错切割γ形成位错对,在γ/γ界面出现大量的位错塞积现象,形成高密度的位错网络,位错攀移和位错切割是主要变形机制。在982℃/250MPa条件下持久试验时,位错切割为主要变形机制,存在少量的位错攀移。
揭示了DD483合金在800~900℃时效时间长达7000h的组织演化规律。在800℃~900℃长期时效过程中,γ逐渐长大,至7000h时γ并未产生明显的筏化现象,γ相较稳定。γ相粗化激活能约为250kJ/mol,其长大主要受Al和Ti在基体中的扩散控制。时效1000h后,MC开始发生分解,分解式为MC+γ→M23C6+γ,MC的分解方式主要受合金元素中的Cr、Mo和W影响。由于合金成分的影响,800℃时效7000h时发现有针状σ相析出,850℃和900℃长期时效5000h时有针状σ相析出,850℃长期时效时析出的σ相较多。由于γ相长大,γ通道变宽,γ强化作用减弱,合金的显微硬度随时效时间的延长逐渐降低。