新型钴基高温单晶热加载条件下晶格错配度原位测量与组织演化研究

The γ/γ' lattice parameter mismatch has been shown to be an important material characteristic of single-crytal superalloys, influencing their microstructure evolution and mechanical properties. Recently, the existence of a stable γ' phase with ordered L12 structure was disovered in the new Co-Al-W ternary system. This led to the development of a new cass of high temperature Co-base superalloys with a γ/γ'microsturcture. .This proposal mainly aims to measure the γ/γ' lattice mismatch of the new developed Co-base single crytal superalloy during heating and thermal loading using in-situ synchrotron radiation.Meanwile,influence of the lattice mismatch on the microstructure evolution will be aslo investigated in detail. Finally, The relationship between the changing of lattice mismatch and the high temperature mechanical behaviors of the new Co-base single crystal superalloy will be revealed in this study. The implementation of this programm has significane meaning in the prediction of the high-termperatue service-life and application of the new γ/γ' -strengthened Co-base superalloy in future.

γ/γ'型高温合金中γ/γ'两相晶格错配度能够对合金组织演化乃至机械性能产生巨大影响，因此，γ/γ'两相晶格错配度一直是高温合金研究领域内的关键问题。近年来，由于在新型钴基高温合金中发现了具有稳定L12结构的γ'相，钴基高温合金重新成为研究热点。本项目拟采用先进原位同步辐射技术研究新型钴基高温单晶在加热状态下γ/γ'两相晶格错配度变化对组织演化的影响以及在热加载条件下晶格错配度的变化及其对组织演变的影响，总结并揭示新型钴基高温单晶晶格错配度演变与其高温力学行为之间的关系，对新型钴基高温合金的高温服役寿命预测奠定理论基础。这对钴基高温合金的基础研究以及未来应用具有重大的意义。

本项目以含L12结构的新型Co-Al-W三元合金为基础合金，设计并熔炼不同成分的Co-Al-W基高温单晶合金棒，通过热处理工艺获得不同形貌的γ/γ’两相组织，采用原位同步辐射技术测量新型γ’强化型钴基单晶高温合金在加热、加载过程中γ/γ’两相晶格错配度变化，揭示钴基单晶高温合金γ/γ’两相晶格错配度的变化及组织演变规律；最终揭示新型钴基高温合金γ/γ’两相晶格错配度变化与高温力学行为的之间关系。. 研究结果表明，Ta和Ti元素的添加能够显著提高Co-Al-W基合金中γ/γ’两相组织的高温稳定性。Ta和Ti的交互作用能够进一步提高Co基合金的高温组织稳定性，并且组织的稳定性在一定范围内随着Ta、Ti元素的含量而提高。W、Ta 和 Ti 等大原子半径元素优先 等大原子半径元素优先分布与γ′ 相。.与Ni基合金不同的是，Co-Al-W基合金的γ/γ’错配度均为正值，表明γ’相的晶格常数比γ相大。Co-Al-W母合金的γ/γ’错配度随温度变化较小，不同温度下γ/γ’两相晶格常数随温度上升膨胀程度相近。含 Ta合金的γ相随温度升高的晶格膨胀程度比γ’相高，因此该合金的γ/γ’错配度随温度升高略有降低。而含Ti合金与TaTi合金错配度随温度升高呈先上升后下降的变化趋势。值得注意的是TaTi合金合金错配度在800~900℃温度下错配度的突然升高由于在800~900℃下γ晶格常数降低导致，这可能是由于二次γ’ 相析出导致。.TaTi合金的蠕变结果表明，其变形仍然分为初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个阶段。在正错配导致的共格应力和外加拉应力的叠加作用下，蠕变过程中γ′ 相沿力轴方向发生定向粗化，形成平行于力轴方向的γ′相筏排组织分析表明，γ′筏排组织中连续的γ/γ′ 两相界面，位错切割γ′ 相形成的层错和反相畴界，以及 γ′ 相中的位错交截阻碍了运动，从而提高了蠕变抗力。