镍基单晶高温合金CMSX-4相形态演变及蠕变各向异性
钎焊温度对CMSX-4单晶高温合金接头组织与性能的影响
钎焊温度对CMSX-4单晶高温合金接头组织与性能的影响侯星宇;孙元【摘要】采用一种镍基合金钎料钎焊CMSX-4单晶高温合金, 利用扫描电镜、电子探针等分析手段研究接头的微观组织与相组成, 并利用高温持久试验机测试接头的高温持久性能, 讨论不同钎焊工艺条件下, 接头的组织与性能变化规律及接头的断裂机制.研究发现, 随着钎焊温度的提高, 焊缝中低熔点化合物相减少, 小尺寸凝固缺陷消失, 白色硼化物比例先升高后降低, γ'沉淀相增多, 接头的高温组织稳定性增加.当钎焊温度不低于1 290℃时, CMSX-4单晶高温合金接头在980℃/100 Mpa 条件下的持久寿命可达到400 h.观察接头的断口形貌发现, 断裂均发生在焊缝处, 断裂模式为以脆性断裂为主的混合断裂.%The single crystal superalloy CMSX-4 was brazed with a Ni-based filler alloy, the microstructure and the phase composition were studied by scanning electron microscopy ( SEM), electron probe microanalysis ( EPMA) . The stress rupture property of joint was tested by high temperature stress rupture property testing machine. The result shows that the fracture mechanism and stress rupture property at high temperature of joint transformed with the different brazing temperature. With the increase of brazing temperature, the low melting point eutectic phase and the solidification defect with small size disappears, the proportion of white boron compounds increases firstly and then decreases. Besides, the amount of the precipitated phase and the high temperature structure stability of joint increase. When the brazing temperature is not lower than1 290 ℃, the rupture life of CMSX-4 superalloy under the condition of 980 ℃/100 MPa reac hes up to 400 h.The fracture morphology of joints shows that all the fractures occurred at the weld seam. The fracture mode of joint is the mixed fracture characterized by brittle fracture.【期刊名称】《焊接》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】6页(P40-44,后插3)【关键词】单晶高温合金;钎焊;持久性能;镍基合金钎料【作者】侯星宇;孙元【作者单位】中国科学院金属研究所,沈阳 110016;沈阳科金新材料有限公司,沈阳110016;中国科学院金属研究所,沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】TG4540 前言CMSX-4单晶高温合金是国外某公司研制的第二代含铼镍基单晶高温合金，其综合性能优异，现已广泛应用于该国的先进航空发动机中，未来在国内的民用航空发动机上具有广阔的应用前景。
单晶镍基高温合金的高温蠕变及相关参数
单晶镍基高温合金的高温蠕变及相关参数
刘宝柱;田素贵;尹玲娣;洪鹤;徐永波;胡壮麒
【期刊名称】《钢铁研究学报》
【年(卷),期】2003()z1
【摘要】通过测定一种单晶镍基高温合金的高温拉伸蠕变曲线和位错运动的内摩擦应力σ0,建立了综合蠕变方程,计算出不同蠕变阶段的激活能和相关参数.结果表明:在蠕变期间,内摩擦应力σ0随外加应力σ的增加而略有提高,但随温度升高而明显下降.在实验温度和应力范围内,在不同蠕变阶段,具有不同的激活能Q,时间指数m和结构常数Bi.因此,合金在不同蠕变阶段具有不同的蠕变机制.蠕变初期,形变机制是位错在基体通道中运动;而大量位错切入筏状γ'相中是蠕变第3阶段的主要特征,在γ'/γ两相界面产生空洞及空洞的聚集和微裂纹扩展是蠕变断裂的直接原因.【总页数】5页(P284-288)
【关键词】单晶;镍基高温合金;蠕变;内摩擦应力
【作者】刘宝柱;田素贵;尹玲娣;洪鹤;徐永波;胡壮麒
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TG132.3;TG111.8
【相关文献】
1.一种镍基单晶高温合金的高温蠕变行为 [J], 张剑;赵云松;骆宇时;贾玉亮;杨帅;唐定中
2.镍基单晶高温合金定向粗化行为及高温蠕变力学性能研究进展 [J], 吴文平;郭雅芳;汪越胜
3.含Re镍基单晶高温合金高温低应力蠕变初期γ/γ′界面结构研究 [J], 黄鸣;朱静;
4.镍基单晶合金CMSX-2高温蠕变后的显微组织及合金元素分布特征 [J], 彭志方;任遥遥;骆宇时;燕平;赵京晨;王延庆
5.一种单晶镍基合金高温蠕变相关参数的试验研究 [J], 田素贵;杨洪才;周惠华;张静华;徐永波;胡壮麒
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镍基单晶高温合金研究进展.
镍基单晶高温合金研究进展孙晓峰，金涛，周亦胄，胡壮麒（中国科学院金属研究所，沈阳 110016）摘要：单晶高温合金具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。
由于采用定向凝固工艺消除了晶界，单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素，使合金的初熔温度提高，能够在较高温度范围进行固溶和时效处理，其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高。
经过几十年的发展，单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。
本文从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面，简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。
关键词：单晶高温合金；强化机理；定向凝固；各向异性Research Progress of Nickel-base Single Crystal SuperalloysSun Xiaofeng, Jin Tao, Zhou Yizhou, Hu Zhuangqi(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)Abstract:Single crystal superalloys have been widely used to make turbine blades and guide vanes for aero-engines and industrial gas turbines because of improved strength, creep-rupture, fatigue, oxidation and hot corrosion properties as well as stable microstructure and reliability at high temperature environments. After removal of grain boundary by using directional solidification technique, grain boundary elements which decrease the incipient melting temperature were reduced remarkably in single crystal superalloys. Consequently, the solution and aging treatment of single crystal superalloys can be done at higher temperature due to the enhanced incipient melting temperature, and then the high temperature strength of single crystal superalloys is higher than that of equiaxed and directionally solidified superalloys. There were great progress on approach of alloy design, relationship between structure and mechanical performances, process of pure smelting and processing of directional solidification in the last decades. The present work reviews these progress from compositions of alloys, role of elements, mechanism of strengthening, anisotropy of mechanical properties, procedure of solidification, control of defects and processing of single crystal superalloys.Key words：single crystal superalloy；mechanism of strengthening；directional solidification；anisotropy of properties——————————————————基金项目：国家973计划项目（2010CB631206）通讯作者：孙晓峰，男，1964年生，研究员，博士生导师1引言高温合金（Superalloy）是以铁、镍、钴为基体的一类高温结构材料，可以在600℃以上高温环境服役，并能承受苛刻的机械应力。
cmsx-4单晶高温合金在不同温度下的低周疲劳行为
cmsx-4单晶高温合金在不同温度下的低周疲劳行为CMSX-4是一种单晶高温合金，具有优异的高温力学性能。
在高温下，它具有很高的强度和良好的抗氧化性能，能够承受高温高应力的作用。
然而，在长时间的高温作用下，CMSX-4会出现低周疲劳现象，降低了其使用寿命。
因此，在工程实践中，了解CMSX-4的低周疲劳行为十分重要。
低周疲劳是指在应力循环次数较少的情况下，由于材料内部微观组织的破坏而造成的失效。
通常，低周疲劳的应力循环次数小于10^4次。
这种失效机制通常发生在高温下，包括高温松弛、晶间裂纹扩展、位错滑移、局部塑性变形等。
CMSX-4在高温下的低周疲劳行为主要受以下因素的影响：1.温度：温度是影响低周疲劳行为的重要因素之一。
通常情况下，随着温度的升高，材料的强度和韧性都会降低，低周疲劳寿命也会减少。
当温度接近材料的熔点时，材料的疲劳寿命会急剧降低。
2.应力幅值：应力幅度是另一个影响低周疲劳行为的重要因素。
随着应力幅度的增加，材料的疲劳寿命会急剧下降。
当应力幅度超过临界值时，材料会发生塑性变形和裂纹扩展，导致失效。
3.微观组织：微观组织是影响低周疲劳行为的重要因素之一。
CMSX-4采用高温下的单晶铸造工艺制造，具有优异的晶体结构和均匀的结构性能。
这种组织结构有效地防止了裂纹的形成和扩展。
4.环境：环境条件也会对CMSX-4的低周疲劳行为产生影响。
在氧化性环境下，材料的抗氧化性能会受到影响，导致材料的疲劳寿命减少。
综上所述，了解CMSX-4的低周疲劳行为对于保证材料在高温高应力环境下的长期可靠性具有重要意义。
在实际应用中，可以通过优化温度、应力幅度和微观组织等因素来提高CMSX-4的低周疲劳寿命，保证其可靠性和安全性。
高温合金的相变及应用
高温合金的相变及应用高温合金是一种在高温环境下具有优异力学性能和耐腐蚀性的金属材料。
由于资料较多、研究深入，本文所讲解的高温合金主要指镍基高温合金和钴基高温合金。
在应用中，高温合金广泛用于航空航天、能源等领域，而其优异性能的形成与高温合金的相变密切相关。
因此，本文将探讨高温合金的相变规律及其在应用中的意义。
一、高温合金的相变规律高温合金的相变与其组成元素的比例、热处理工艺等因素有着密切的关系。
下面分别介绍镍基高温合金和钴基高温合金的相变规律。
1. 镍基高温合金镍基高温合金的相变主要涉及固溶体、析出相及金属间化合物等。
其中，固溶体和析出相是最为常见的相变形式。
①固溶体的相变规律固溶体是指材料的不同元素在晶格中均匀溶解组成一个固态溶液的相。
镍基高温合金的固溶体相变主要是指γ相（晶体结构为面心立方）与γ'相（晶体结构为体心立方）间的相变。
γ相有着较高的抗蠕变、耐高温、抗氧化性，而γ'相则具有更强的强度和硬度。
在高温环境下，γ相容易长时间稳定存在，但随着时间的推移，γ'相的析出会逐渐增加，使得材料疲劳裂纹扩展缓慢，从而提高了材料的寿命。
相反的，过多的γ'相析出也会导致合金的过脆化与断裂。
因此，固溶体的相变对高温合金的性能影响较大。
②析出相的相变规律德州仪器公司（TI）铸造的高温合金中的最重要的析出相是MC、M23C6、γ'和γ'等等。
通常来讲，增加Ti、Al、Nb、Zr、Ti等元素可以促进γ'相的析出，降低热处理温度则更有利于γ'相的析出。
从析出的位置来讲，常发生在γ相，而裂纹多发于γ'相/γ界面。
当γ'相连续析出时，裂纹严重蔓延并导致整个合金断裂。
因此，调控析出相和γ'相之间的体积分数是高温合金的重要优化点。
2. 钴基高温合金钴基高温合金的相变规律相对比较简单，主要涉及完全溶解固溶体相（γ相，晶体结构为面心立方）与过饱和固溶体相（γ'相，晶体结构为体心立方）的相变。
镍基单晶合金高温蠕变行为的研究新进展
镍基单晶合金高温蠕变行为的研究新进展镍基单晶合金是目前航空发动机涡轮叶片的主要制造材料，其蠕变性能是关系到发动机使用安全和服役寿命的重要因素。
本文从成分组成、蠕变机制、本构模型等方面论述了近年来镍基单晶合金研究的新进展，特别着重于阐明镍基单晶合金蠕变行为与微结构演化之间的联系，论述了晶体塑性有限元方法在单晶叶片力学行为模拟中的应用，为我国发动机叶片设计和强度分析提供重要的理论参考和技术指导。
标签：镍基单晶合金蠕变微结构晶体塑性一、引言航空发动机涡轮叶片长期处于高温下，受到复杂应力和燃气冲击腐蚀等综合作用，工作条件十分恶劣。
涡轮叶片等热端部件的可靠性是影响发动机性能和寿命的关键因素和技术难点。
镍基单晶合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变、疲劳抗力及良好的抗氧化性和抗热腐蚀性，被广泛用于制造航空发动机的涡轮叶片等核心部件。
镍基单晶合金通过定向凝固技术消除了晶界，使其高温抗蠕变、疲劳性能大大增强，成为最受关注、应用最广的高温合金。
随着发动机服役温度的不断提高，单晶材料的蠕变行为和变形机制也随温度升高表现出不同的特征。
因此，建立合适的本构模型对镍基单晶合金的蠕变行为进行预测，对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要的意义。
二、镍基单晶合金的发展趋势及现状镍基单晶合金由于其优异的抗蠕变、疲劳和耐腐蚀性能，在过去的几十年里得到了世界各国的重视，并形成了合金系列应用到航空发动机的热端部件中，如美国的CMSX-2、CMSX-4、CMSX-10系列，英国的RR2000系列，法国的MC2、MC-NG系列，日本的TMS-75、TMS-138、TMS-162系列等。
我国镍基单晶高温合金研制从20世纪80年代初开始，现已发展到以DD22为代表的第四代合金材料，但是，合金性能和发达国家相比尚存在一定的差距，距离大范围实际应用还有较长的路要走。
镍基单晶合金优异的高温性能得益于Re、Ru、W等难熔金属的添加。
Re 的添加有助于改善高温合金的显微组织和热稳定性，降低不稳定相及单晶缺陷等的影响，从而显著增强单晶合金的高温抗蠕变性能。
镍基单晶高温合金的典型蠕变寿命模型
2018年第5期26镍基单晶高温合金的典型蠕变寿命模型Typical Creep Life Model of Nickel-based Single Crystal Super-alloy供稿|李逸航1，陈思远2，孟凡武3 / LI Yi-hang 1, CHEN Si-yuan 2, MENG Fan-wu 3DOI: 10.3969/j.issn.1000–6826.2018.05.007作者单位：1. 首都师范大学附属中学，北京 100037；2. 北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100083；3. 北京理工大学机械与车辆学院，北京 10008120世纪80年代开始，镍基单晶高温合金在发动机上的广泛应用促进了世界各国航空发动机迅速发展，被誉为是航空发动机发展的重大技术之一[1]。
镍基单晶合金因其具备卓越的高温性能而广泛应用于发动机的热端部件。
对于发动机内部高温旋转部件而言，高温离心负荷作用下的蠕变变形和蠕变断裂是其设计限制条件[2]。
因此，国内外很多学者研究了单晶叶片的蠕变损伤。
目前单晶合金的蠕变疲劳宏观模型在工程中得到了广泛应用，但微观模型的研究不仅更加精确，而且更具物理意义。
本文主要介绍国内外关于单晶合金蠕变-疲劳寿命评估方法的研究进展，并对实验预测结果进行了比较。
稳态蠕变本构关系金属蠕变是指金属材料在静应力作用下，即使作用稳态应力足够小，只要作用时间足够长，应变依旧变大的现象。
金属疲劳通常指的是在交变载荷作用下金属发生破坏的现象，而蠕变疲劳通常指的是黏弹性材料承受交变载荷作用时的疲劳[3]。
一般金属材料在超过其本身熔点温度的40%~50%时，会呈现黏弹性特性。
黏弹性材料的应力应变关系可以用蠕变曲线来表示，如图1所示，在恒定应力作用下，蠕变可分为三个阶段。
在第一阶段中随着时间的变27高温合金科技前沿Advances in Science化，应变变化逐渐变慢即蠕变速率(Δε/Δt )随时间增加而减小，将这一阶段称为初始蠕变阶段。
二代镍基单晶高温合金牌号 -回复
二代镍基单晶高温合金牌号-回复二代镍基单晶高温合金牌号是指第二代使用的镍基单晶高温合金。
这种合金因其卓越的高温性能，在航空航天、石油化工、能源等领域得到广泛应用。
下文将详细介绍二代镍基单晶高温合金牌号的相关知识。
第一步：介绍镍基单晶高温合金的背景和分类镍基单晶高温合金作为一种高性能材料，具有优异的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗热疲劳裂纹扩展性能。
它可以在高温环境下承受严酷的工作条件，如高温、高压和强腐蚀等。
根据合金成分和结构特点的不同，镍基单晶高温合金可分为不同的代次，例如双晶和三晶合金等。
其中，二代镍基单晶高温合金是指第二代使用的镍基单晶高温合金，具有更高的性能和耐用性。
第二步：介绍二代镍基单晶高温合金牌号二代镍基单晶高温合金牌号是标识二代镍基单晶高温合金的编号系统。
这个系统通常由一串字母和数字组成，每一个字母和数字都代表着合金中的特定成分和性能。
通常情况下，这些牌号由合金制造商或用户指定，并根据合金性能和所需用途的不同进行命名。
例如，常见的二代镍基单晶高温合金牌号包括：1. CMSX-4：这种合金是由康宁公司（Corning Corporation）开发的，主要用于航空发动机的燃烧室和涡轮叶片等高温部件。
2. PWA-1480：这种合金是由普惠公司（Pratt & Whitney）开发的，主要用于航空发动机的燃烧室和涡轮叶片等高温部件。
3. Rene N5：这种合金是由洛克希德•马丁公司（Lockheed Martin）开发的，主要用于航空航天领域的燃烧室和喷管等高温部件。
以上只是其中的几个例子，实际上市场上存在着许多不同的二代镍基单晶高温合金牌号，每个牌号都有其独特的性能和用途。
第三步：解读二代镍基单晶高温合金牌号的含义每个二代镍基单晶高温合金牌号由一串字母和数字组成，这些字符代表了合金中的成分和性能。
一般来说，合金的牌号越高级，代表的合金性能也越高。
例如，CMSX-4中的CMS代表康宁公司（Corning Corporation）研发的品牌名称，X代表这是一款镍基单晶高温合金，而4代表这是二代合金中的一种。