中子衍射研究单晶高温合金蠕变条件下的晶体取向与应力分布

镍基单晶高温合金蠕变强度和高温稳定性比传统铸造、定向结晶的合金好,已用于新型涡轮叶片制造，但相关基础研究尚不充分。本项目将利用中子衍射技术并结合X射线衍射及其他分析手段定量测定DD10镍基单晶高温合金在不同蠕变实验条件下的晶体取向与三维内应力分布变化，特别是通过对超晶格与基晶格二维衍射谱的比较分析获取准确的两相晶格错配与相间取向差等关联性信息，考察蠕变对晶体取向、内应力分布及合金组织结构的影响与相互关系。通过研究在亚晶界与两相界面的层面认识单晶高温合金的蠕变机制，为镍基单晶高温合金的研制、寿命预测及质量控制提供准确数据评估与理论参考依据。

基金项目“中子衍射研究单晶高温合金蠕变条件下的晶体取向与应力分布”获取了大量单晶高温合金在不同条件下的晶体取向与应力分布的实验数据，取得了一些具有科学意义的成果和进展。.对单晶高温合金不同蠕变阶段的三维应力状态中子衍射实验数据分析发现，当晶体取向偏离拉伸轴方向时，合金晶体取向与残余内应力间有奇特对应关系，残余内应力在拉伸轴方向应力会小于在垂直拉伸轴方向应力，使晶体在应力下向拉伸轴方向旋转并发生微应变的松弛和具有较大取向差的γ′晶体减小取向差的排列。残余内应力在蠕变第一阶段出现筏化和晶体旋转之前引入，并可达到加载应力的水平，而在蠕变的最后阶段，合金的残余内应力急剧下降，并出现两相间应力状态的转化。对此可以从位错和筏化结构随蠕变发展的角度做出解释。.不同热处理条件下的单晶高温合金的中子衍射数据分析发现合金晶体取向与晶格畸变和晶格错配之间有着密切联系。在单晶晶格畸变中，除了四方畸变外，还存在与剪切应力对应的角畸变，高温合金单晶的四方畸变会随热处理过程发展保持恒定，而单晶的角畸变会在时效过程中增大。在固溶γ′相再解析和晶体长大的热处理阶段，合金晶体会出现宏观层面的成分和应力分布到微观γ/γ′界面的转化。通过对二维中子衍射图像分析得到的单晶组织的各向异性特征与电镜观察符合的很好，根据二维图像的分离计算出高温合金中枝晶组织的取向差也与电镜观察的结果符合，并可以用来判断γ/γ′界面上形成的位错平均间距，为认识高温合金单晶组织中的微观位错结构信息提供重要的技术手段。.通过XRD对单晶高温合金减薄的样品进行的测试发现，通过减薄样品可以使样品沿法线方向的应力得到释放，可以获得单晶合金两相的无应力晶格参数，克服了残余内应力定量测试的难点，为获取单晶高温合金残余应力可靠数据创造条件。