合金元素及不匹配相对不同代镍基单晶超合金拉伸性能的影响

镍基单晶超合金在650℃下的拉伸性能受γ/γ'晶格失配和合金成分影响，通过HRXRD、SEM和TEM分析揭示了大负失配合金（如TMS-238）的均匀变形机制与高共格应力导致的低屈服强度，中失配合金则呈现局部变形。

摘要

基于镍的单晶（SX）超合金是高压涡轮叶片的关键材料，因为它们在高温下具有出色的机械强度和环境耐受性。尽管这些合金的高温蠕变行为已经得到了广泛研究，但它们在较低温度范围内的拉伸性能仍不太为人所了解。本研究探讨了合金化学成分以及γ/γ′晶格失配对14种不同代际SX超合金在650°C下拉伸性能的影响。首次使用高分辨率X射线衍射（HRXRD）测量了14种不同镍基超合金的晶格失配，同时通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析了其微观结构和变形机制。研究建立了合金元素、晶格失配、微观结构参数（γ′沉淀物尺寸、γ通道宽度、位错特性）与拉伸性能之间的关系。特别是，像TMS-238这样具有较大负晶格失配值的合金表现出均匀的变形，伴随着高位错密度和γ通道中的明显层错，导致强烈的加工硬化和降低的延展性。然而，TMS-238的屈服强度较低，这可能是由于高相干应力所致。相比之下，晶格失配适中的合金表现出更局部的变形机制。本文提出了一种考虑相干应力对屈服行为影响的方法。一般来说，较高的相干应力会诱发早期塑性变形，从而导致较低的屈服强度。这些发现突显了晶格失配及其相关相干应力在设计和制造用于先进涡轮应用的SX超合金部件时的关键作用。