图1.1 镍基高温合金发展趋势

1.3镍基单晶高温合金

镍基高温合金，特别是镍基单晶高温合金，已广泛应用于先进的燃气轮机叶片和导向叶片。这种合金是由于γ'相的析出得以强化，Ni3Al富镍γ' L12结构相干相位。其优异的力学性能取决于基体中的高体积分数和细分散性，以及在基体中的溶液强化元素（稀土、铬、钼、钨、钼、铬、钼、铬、钼、铬）的含量。因此，对于高温合金组织稳定性是关键问题。 高温时效的情况下，γ'相颗粒粗化和筏排化。在镍基高温合金的粗化过程中，γ'相颗粒粗化程度随温度的升高和暴露时间的延长而增加。对γ颗粒的生长规律是由Lifshitz，Slyozov和瓦格纳（LSW）提出。他们预测，在这种关系中，“粒子”的生长遵循：

 其中 为初始粒子半径， 在时间t时间的平均颗粒半径，k是常数，t是时效时间。γ'相粒子粗化对合金有害。M.V.Acharya等人发现，增加γ'相的大小会导致沉淀物连贯性的损失和强度明显降低。Hou等人的研究结果表明K44合金屈服强度的降低是由γ粒子粗化引起的。在长期处于热环境中，另一个值得关注的是，形成拓扑密排（TCP）的阶段，如μ，σ，P，R，或Laves相，由于耐火合金元素（Re、W）的偏析而沉淀。TCP相的析出会消耗这些高熔点元素，导致机械性能下降，强度损失。Yeh等人发现蠕变特性已经被证明能够迅速降解在组织中的TCP相。对多晶镍基高温合金，u-700持久寿命，是由约50%的预期寿命由于σ相形成而减少。田等人研究发现，由于的难熔元素的消耗，沉淀的μ阶段会明显降低抗蠕变性能和高温合金的持久寿命。

因此，在服役过程中γ'相的粗化和TCP颗粒沉淀对合金和组织稳定性不利，这种现象应得到重视。

虽然许多著作提供了大量的信息，对于理解在高温下的微观结构变化的这种学科这是必不可少的，但不同的时效温度和时间对特定合金的影响需要进一步调查。本文主要研究影响短期和长期时效的对镍基高温合金的微观结构的变化，分析了γ'相的演化和TCP相形成的趋势的规律。

采用定向凝固工艺消除所有晶界的合金称为单晶高温合金，单晶高温合金最主要的用途是制作先进航空发动机的涡轮叶片和导向叶片，或空心涡轮叶片和导向叶片与复杂的腔，和整个叶片是一个单一的晶体。

DD6单晶合金是镍基单晶高温合金的第二代，具有铸造性能好、耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、综合性能好[8]。与第一代单晶合金相比，其耐温能力提高约30℃-60℃[9]。广泛应用于发动机涡轮叶片。

DD6单晶合金与以前的镍基高温合金不同之处在于:DD6单晶合金中添加了能提高单晶寿命和强度的铼元素、钽元素和少量的铪元素。钽可以增大γ/γ'错配度、强化γ'相和提高其高温稳定性[10];少量的铪、碳和镐元素，可以提高单晶合金小角度晶界的强度[11]铼元素显著影响单晶合金的持久性能:适量的铼能提高单晶合金的持久寿命;而过量的铼则会降低合金的稳定性，减少合金的持久寿命。

1.3.1成分特征

    为了提高单晶高温合金的高温持久强度，钨、钼、钽、稀土等耐火材料的用量不断增加,源^自#751\文-论|文]网}www.751com.cn。铝,钛,铊,铌这些元素决定着合金强化相的数量，铝主要是提高抗氧化性，钛可以改变热腐蚀性能，但对合金抗氧化性和铸造性不利，钽可以改善合金的固溶温度和强度，有效提高合金的抗氧化性能和抗热腐蚀性能，能提高γ相的热稳定性，延缓积累和生长，但对合金抗氧化性和抗热腐蚀性能不利铬主要是增加氧化性和抗热腐蚀性钴主要作用是固溶强化，增加γ'相，改善合金的塑性及热加工性能并提高组织稳定性，尤其是降低基体的层错能，显著提高合金的持久强度和蠕变抗力。钼和钨可以增强原子之间的结合力，增强扩散活化能，扩散过程是缓慢的，因此，提高合金的耐热性是镍基高温合金最重要的强化元素，能显著提高合金的轴承温度。钌为了降低TCP相（镍基高温合金常见析出相）的析出倾向和提高合金的高温强度。碳，硼，锆是高温合金中枝晶间强化的主要元素，铪，钇，铯，和镧能有效的改善抗氧化性能。 镍基高温合金单晶生长与力学性能研究(3):http://www.751com.cn/cailiao/lunwen_51383.html