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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一種合金熱處理期間組織形貌變化的分析
小類：
能源化工
簡介：
高溫合金的性能主要決定于它的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)成分一定時，合金的熔煉及熱處理等工藝對合金的組織與性能有明顯影響。采用選晶法制備的單晶鎳基合金樹枝晶生長完整，枝晶偏析及組織不均勻性明顯存在。
詳細(xì)介紹：
采用籽晶法在高溫度梯度真空定向凝固爐中將DD3試棒進(jìn)行充分熱處理。[001]取向單晶鎳基合金經(jīng)充分熱處理后，組織結(jié)構(gòu)是立方g￠ 相以共格方式嵌鑲在g基體相中，并沿<100>取向規(guī)則排列。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

通過有限元分析單晶鎳基高溫合金熱處理期間不同時效溫度組織形貌，得到熱處理期間及蠕變期間的組織演化規(guī)律，為微觀領(lǐng)域組織分析提供依據(jù)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

作品對試驗(yàn)用單晶合金進(jìn)行不同條件的熱處理后，對不同條件熱處理合金進(jìn)行組織形貌觀察，構(gòu)造出立方析出相在三維空間的存在方式，并采用有限元方法計算無外加應(yīng)力條件下，立方 基體/析出兩相的von Mises應(yīng)力分布，考察熱處理期間應(yīng)力分布對析出相形態(tài)演化的影響，研究熱處理期間析出相的演化規(guī)律。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義

研究表明，對一特定成分的單晶高溫合金，其蠕變性能與合金的強(qiáng)化、合金化程度、析出強(qiáng)化相的體積分?jǐn)?shù)、尺寸、形態(tài)緊密相關(guān)。采用熱處理方法可調(diào)整合金中的析出相的形態(tài)及尺寸，并可明顯改善化學(xué)成分的均勻化程度，提高合金的蠕變抗力。因此，采用熱處理方法可一定程度地調(diào)整析出相的尺寸和形態(tài)，改善單晶合金的蠕變性能，提高發(fā)動機(jī)的工作效率。

學(xué)術(shù)論文摘要

通過對一種含Re單晶鎳基高溫合金熱處理期間及不同時效溫度組織形貌的觀察，結(jié)合有限元分析，研究合金中g(shù)￠ 相在熱處理期間及蠕變期間的組織演化規(guī)律。研究結(jié)果表明：在固溶熱處理期間，g￠ 相以蝶形組合從基體析出；一次時效期間，g￠ 相長大呈現(xiàn)立方體形貌；二次時效期間，g￠ 相略有長大，排列更加規(guī)則。經(jīng)不同溫度的一次時效后g￠ 相尺寸逐漸長大，立方度增加。確定出該合金熱處理工藝為1280℃4h AC+1320℃4h AC+1120℃4h AC+870℃32h AC。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

1.王春濤，田素貴，王明罡.一種單晶鎳基合金熱處理期間的組織演化與分析 稀有金屬材料與工程 January 2007 Vol.36, No.1 46-49 2.Tian Sugui, Zhang Jinghua, Yang Hongcai, Hu Zhuangqi. Mater. Sci. Technol., 2000; 16, 451

同類課題研究水平概述

研究一種合金，首先要研究一種合金元素的作用，強(qiáng)化或弱化機(jī)理以及它們與合金組織與性能之間的關(guān)系。合金設(shè)計就是在研制具有特定目標(biāo)性能的合金時，在理論的指導(dǎo)下，確定母合金中加入何種合金元素及其加入量，并能對組織、結(jié)構(gòu)和性能加以預(yù)測。合金設(shè)計的起點(diǎn)應(yīng)追溯到Hume—Rothery于1934年用電子濃度來預(yù)測銅及貴金屬合金中的合金相。20世紀(jì)60年代Broesh和Shaner根據(jù)電子空穴預(yù)報盯脆性相的形成并首創(chuàng)PHACOMP方法設(shè)計了高溫合金，這標(biāo)志著“金屬學(xué)由藝術(shù)進(jìn)入科學(xué)時代的開端?！?0年代合金設(shè)計已作為關(guān)鍵詞使用。80年代以來，材料設(shè)計在多層次廣泛領(lǐng)域中不斷發(fā)展?；陔娮咏Y(jié)構(gòu)研究進(jìn)行微觀機(jī)構(gòu)設(shè)計的計算材料學(xué)隨著計算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展，在材料科學(xué)研究中具有重大活力。其中，日本金屬技術(shù)研究所太田芳雄等人提出的d電子設(shè)計法是較為成熟的方法之一。已用此方法設(shè)計出性能與第二代單晶合金PWA1484相當(dāng)?shù)腡UT9L和，TUT95合金。90年代初，中科院金屬研究所在與日本豐橋大學(xué)合作研究中，也應(yīng)用d電子設(shè)計法研制出高性能的抗腐蝕單晶合金，北京航空材料研究院在研究第二代單晶合金DD6的過程中，參照國外有關(guān)方法實(shí)施計算機(jī)輔助設(shè)計，取得明顯效果。 然而，對于非單晶合金，晶界或界面是材料中的一類“結(jié)構(gòu)組分”，也可以說是材料中的一種延展性缺陷，它敏感地影響甚至控制材料的力學(xué)和化學(xué)特性。人們發(fā)現(xiàn)，濃度僅為ppm量級的雜質(zhì)就可以導(dǎo)致材料力學(xué)性能的劇烈變化，嚴(yán)重影響材料的實(shí)際應(yīng)用。通常人們認(rèn)為材料脆化的基本機(jī)制之一是雜質(zhì)在晶界上的偏聚，后來實(shí)驗(yàn)又發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)元素的偏聚會受到合金元素的影響，且起到重要的作用。微量雜質(zhì)及合金元素晶界偏聚效應(yīng)對合金強(qiáng)度和斷裂特性的關(guān)鍵作用，探索晶界結(jié)構(gòu)及微量雜質(zhì)和合金元素偏聚的電子效應(yīng)，揭示晶界微觀結(jié)構(gòu)對材料性能影響的相關(guān)機(jī)制具有重要的意義。
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