镍基单晶高温合金TLP接头的蠕变断裂机制研究

瞬态液相连接(Transient liquid phase bonding,TLP)方法是解决单晶高温合金连接问题的关键技术。本项目拟研究TLP连接后单晶高温合金的蠕变行为及蠕变损伤机理等关键问题。拟采用XRD，SEM，TEM，EBSD和EPMA等手段系统研究单晶合金TLP接头蠕变过程的细微观特征，明确不同条件下TLP连接对单晶合金的性能及变形特征的影响；观察蠕变过程中沉淀强化相的变化、微孔洞的形成、微裂纹的萌生和扩展及接头的断裂失效过程，确定接头宏观变形与组织变化关系及裂纹形核长大动力学；观察不同阶段位错运动形式及其与强化相的相互作用，分析合金元素的扩散行为，确定接头蠕变变形及损伤的微观机制。为TLP方法在单晶材料连接方面的应用提供理论基础。

高温条件下蠕变变形和断裂行为研究对单晶高温合金的应用具有重要意义。自从TLP技术应用于连接单晶合金以来，接头的蠕变性能一直是广大研究者最关心的问题。本项目通过对第二代无铼单晶高温合金DD98瞬间液相（TLP）连接后蠕变性能、变形行为、微观组织变化以及蠕变断裂特征的研究，得出主要结论如下：.(1)TLP连接后DD98单晶高温合金的蠕变寿命与母材基本相当；但蠕变延伸率低于母材。.(2)接头样品蠕变曲线的形状和趋势与母材相同；减速和稳态蠕变阶段的蠕变速率与母材基本相同，但加速蠕变阶段的蠕变速率却低于母材很多，表明接头与母材的塑性变形量的差别主要是由蠕变第三阶段产生，此时接头的蠕变变形仍很慢，但母材的变形却很快，导致断裂后接头的延伸率低于母材许多。.(3)蠕变不同阶段时，接头的连接区和基体区的微观变形特征基本相同。蠕变初期主要是位错的弓出和交滑移，而后在相界面形成位错网，断裂过程中，在距断口较近部位，有位错切入筏形强化相，这与母材的微观变形特征基本相同。.(4)由于TLP装配过程中不可避免的产生的装配偏差，导致接头连接区内形成方向性较强的亚晶界，这些亚晶界由许多大块强化相构成。.(5)接头样品在高温蠕变变形时，强化相发生筏化，位错运动局限在通道内，连接区内亚晶界中的大块强化相会对规则的筏形产生扰乱，进而对通道内运动的位错产生阻碍作用，导致位错发生攀移，大量的位错攀移会形成大量的空位，这些空位在亚晶界附近聚集形成微孔洞，微裂纹可以在尺寸较大的微孔洞萌生，随着变形的继续微裂纹扩展并相互连接造成接头断裂失效。