研究固溶硬化硬化对镍基超合金的影响

欧洲杯足球竞彩用于制造燃气轮机叶片的材料暴露在极端的工作条件下，叶片需要在700-1100°C的温度范围内长期工作，承受向心力。

涡轮机的尺寸公差要求材料没有蠕变，能够承受高度腐蚀的环境。随着涡轮效率随着操作温度的提高而提高，开发能够在更高温度下工作的高温合金是一个深入研究的领域。

理解合金中硬化机制的意义

镍基高温合金是由10种以上元素组成的复杂合金。增加难熔元素比例的合金化是提高合金抗蠕变和高温能力的一种方法。Re和Ru是两种这样的合金元素，其中Re用于提高合金的抗蠕变性，Ru用于减少拓扑紧密相的形成。

获得合金中的硬化机制的洞察力和合金元素对Y基质和Y'沉淀物的影响对于设计具有优化性能的合金至关重要。与SPM成像结合的纳米indentation提供了对单个阶段性质进行直接测量的合适方法。

样品制备

一种以CMSX-6为基础的控制合金(wt.%: Al 4.9, Ti 3.9, Cr 8.2, Co 4.1, Mo 2.5, Ta 0.6, Ni 74.8)和三种合金(wt.% Re, 3% Ru，各3%)在Bridgman炉中定向凝固，然后退火。然后沿着y基体的{001}晶面切割样品，并与凝固方向成直角，然后用SiO抛光₂粗糙度在2nm以下。图1表明，在这个方向上的抛光有助于观察立方y'沉淀，它是由y矩阵的细通道分隔的矩形区域。Re和Ru含量分别为3%和3%的合金中析出相最少，y′的平均尺寸为790nm, y通道宽度为250nm。

图1。在Ni碱基合金上的原位SPM图像显示定位在特定阶段的试验。

实验程序

由于抛光过程的原因，y′相有轻微的凹陷，这是SiO抛光的特征效应₂．通过利用金刚石立方体角压痕探针施加最大载荷的250μN，在不同阶段进行几种纳米肾肿瘤试验。图2提供了从沉淀物上缩进到矩阵上缩进的缩进的负载 - 位移曲线的比较。两条曲线可观察到的“弹出式”事件，表明凹陷过程中的塑性变形的开始。POP-IN之前曲线之间的相似性揭示了相位具有相同的弹性性质。产生弹出所需的力证明了Y材料在Y'沉淀物之前产生了很多。

图2。Re合金的载荷-位移曲线，标称3 wt.% Re。

实验结果

对合金的硬度试验表明，添加Re和Ru对Y基质和Y'沉淀物具有不同的影响。图3描绘了四种合金测试的结果。随着Re的加入，基质硬度显着增加，而两个阶段的硬度随着Ru的添加而增加。与单独添加ru相比，加入两个元素时，沉淀物的硬度稍微增加。

图3。γ-基质的硬度和不同合金的γ'-沉淀物。

在所有情况下，硬度增加是由溶液强化机制引起的。必须考虑合金元素Re和Ru的分区行为，以获得不同合金中各相的硬度变化的洞察。

在透射电镜下对合金进行能谱分析，发现合金元素分布不均匀。Re主要存在于基体中，而Ru在两相中分布较为均匀。两种元素的分配行为可以定性地描述如图3所示的硬度趋势。但稀土和Ru元素的存在影响了合金中其他元素的分布。

结论

结合本地化学分析的硬度测试有助于探讨单个合金元素对镍基超合金中微观结构的不同部分的影响。用于这些高性能合金的大量元件需要深入的分析，以获得关于合金不同组分之间的复杂相互作用的知识。

该分析表明，高空间分辨率的机械测量和原位SPM成像对于了解影响材料整体性能的基本原理至关重要。这些数据将有助于设计未来能够在日益严峻的环境下运行的合金。

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