长期时效对单晶高温合金DD407组织及力学性能的影响

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随着航空发动机的不断发展,单晶高温合金由于使用温度高、抗氧化性能好、组织稳定性好等优点,已经被广泛应用于先进航空发动机。DD407是镍基沉淀硬化型单晶高温合金,具有优异的持久和蠕变强度、抗疲劳性能等综合力学性能。然而高的合金化使合金的组织稳定性一直是关注的重点之一。为此,本文针对DD407合金进行高温长期时效,研究不同温度、时间条件下,合金的组织演变及其对拉伸力学性能、变形行为的影响规律及机制。研究结果表明,标准热处理后合金中γ’相均匀度、立方度增加,呈平均尺寸0.32μm的细小方形。在900℃、1000℃长期时效过程中,γ’相持续长大,时效2000h后,γ’相平均尺寸分别达到0.79μm、1.58μm。900℃长期时效过程中,γ’相体积分数持续增加。1000℃时效过程中,γ’相体积分数在70%左右波动,时效时间达2000h后为64.08%。经900℃、1000℃-2000h时效后,碳化物尺寸、成分及数目无明显变化。但1000℃时效2000h后,有一次碳化物被γ’相包裹现象出现。经900℃时效2000h后,600℃下合金抗拉强度与标准热处理态相近,但屈服强度降低30.7%,断裂延伸率增加了 61.5%;750℃下合金屈服强度、抗拉强度与标准热处理态相比显著降低,断裂延伸率增加了 43.1%;900℃下合金屈服强度、抗拉强度与标准热处理态相比显著降低,而断裂延伸率变化不明显。而经1000℃时效2000h后,600℃下合金拉伸性能呈现出与900℃时效2000h状态的差异,即屈服强度、断裂延伸率与时效前相比变化不明显,但抗拉强度增加;750℃、900℃拉伸时,合金拉伸性能呈现出与900℃时效2000h后相同的趋势,屈服强度、抗拉强度均下降。分析发现,高的变形温度下(900℃),位错蠕变机制所占比重增加;时效后拉伸变形过程中合金枝晶间与枝晶干组织筏排化速率不同,加速了合金的拉伸断裂。900℃、1000℃时效2000h后,三种变形温度下合金断裂方式均为混合型断裂,但是随着变形温度的升高,断口韧断特征明显增加。900℃拉伸时,合金韧断特征已占据主导。在相同的时效时间、拉伸变形温度下,与900℃时效相比,1000℃长期时效对合金750℃高温拉伸性能影响更大。合金在900℃条件下长期时效仍可在一定程度上保持良好的组织及力学性能稳定性;而在1000℃条件下时效1000h后组织稳定性降低、高温短时拉伸力学性能出现明显劣化。
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