W、Re对单晶高温合金再结晶形核与长大的影响

再结晶晶粒是单晶高温合金非常严重的缺陷，极大地降低单晶高温合金的力学性能。单晶高温合金再结晶与元素的扩散密切相关，而固溶强化元素具有阻碍元素扩散的作用，因此，固溶强化元素成为影响单晶高温合金再结晶的重要因素。本申请拟研究单晶高温合金中重要的固溶强化元素W、Re对DD10单晶高温合金再结晶形核与长大的影响。研究内容包括：W、Re原子或者它们的组合对再结晶形核率、再结晶晶界迁移速率、平均再结晶深度（从样品变形表面开始计算）等的影响规律；W、Re原子对亚晶形成和再结晶核心附近位错形貌的影响；再结晶晶界迁移过程中，晶界附近W、Re溶质原子的分布特征。.该项目的完成将进一步加深对合金成分与性能关系的认识，为单晶高温合金的成分设计提供有力的参考依据。了解固溶强化元素对单晶高温合金再结晶的作用机理对于单晶高温合金再结晶的控制具有重要的意义。

在单晶高温合金的工程应用中，再结晶问题非常严重。因此，需要研究单晶高温合金再结晶的机理，以控制再结晶。目前，人们主要研究了变形、热处理及第二相对单晶高温合金再结晶的影响，还没有研究过合金元素对单晶高温合金再结晶的作用机制。.本课题通过光学显微镜（OM），扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM），电子探针（EMPA）和电子背散射衍射（EBSD）等手段研究了难熔元素W、Re对镍基单晶高温合金再结晶形核与长大的影响。主要内容如下：.固溶态合金压痕变形，完全热处理后产生数毫米深度的灾难性的再结晶，含6%W的合金再结晶小于不含W的合金。.固溶态合金吹沙后，同时经过固溶温度、低于固溶温度、超高温固溶热处理后，不含W、Re元素的合金的再结晶深度最大，其次是含有4%Re的合金和含有6%W的合金，最小的是同时含有W、Re的合金。这说明W、Re元素对再结晶具有显著地抑制效果。.固溶温度短时间淬火的再结晶形核分析表明，不含W、Re的合金再结晶出现较早，其次是含W、Re的合金，说明W、Re的加入延长了单晶合金再结晶的孕育期，有利于抑制再结晶。.固溶温度短时间淬火的再结晶晶界迁移分析表明，不含W、Re的合金的晶界迁移速率最大，其次是含4%Re的合金，最小的是含6%W和4%Re的合金。这可能是加入的W、Re元素阻碍再结晶晶界迁移的结果。.变形组织的TEM分析表明，W、Re元素的加入使单晶合金位错缠结增多，甚至出现堆垛层错，且位错线较长。W、Re元素的强化使合金的变形深度（范围）减小。上述位错组态将阻碍或延缓位错运动，抑制合金回复，从而延长再结晶孕育期。.不含W、Re的合金中，回复较快，形核晶粒附近位错稀少。含W、Re的合金中，回复较慢，再结晶核心周围位错密度较高。再结晶先从位错密度较高的g基体中形核，然后通过晶界溶解g'粒子的方式向g'粒子中迁移长大。.目前的测试结果表明，再结晶晶界附近溶质元素基本均匀分布。简单的分析表明，Re元素阻碍扩散可能是其对晶界迁移作用的方式之一。.通过本课题的研究认为，单晶高温合金中，固溶强化元素有利于抑制再结晶。根据固溶元素对再结晶的作用机制，在单晶合金成分设计时，在TCP相不析出的成分范围内适当调整成分，将有力的改善单晶高温合金的再结晶问题。再结晶问题的改善对于单晶高温合金的工程化应用具有重要意义