兩種取向Ｎｉ３Ａｌ基單晶高溫合金的組織和拉伸性能

劉麗榮 王銳琛 田素貴

摘 要：為了研究晶體取向對Ｎｉ３Ａｌ基單晶高溫合金組織和力學性能的影響，采用掃描電鏡和拉伸試驗機研究了［００１］和［１１１］兩種取向合金的顯微組織和拉伸性能．結果表明：經過熱處理后，在單晶棒橫截面內［００１］取向合金γ′相為立方形，［１１１］取向合金γ′相為三角形或六角形；［００１］和［１１１］取向合金存在屈服強度隨溫度升高而升高的反常屈服現象；［００１］與［１１１］取向合金均呈現明顯加工硬化現象，兩種取向合金的屈服強度峰值范圍分別為６００～８００℃與４００～６００℃；兩種取向合金均表現為韌性斷裂．

關 鍵 詞：Ｎｉ３Ａｌ基單晶高溫合金；熱處理；晶體取向；組織；拉伸性能；加工硬化；雙屈服現象；斷裂方式

中圖分類號：ＴＧ１４６ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１０００－１６４６（２０２３）０２－０１５６－０５

隨著近幾年航空和船業所用發動機性能的不斷提高，發動機入口處溫度也不斷提高，因而對服役高溫材料提出了更嚴格的要求．高溫合金在服役時不僅要具有良好的穩定性，還要具有優異的抗高溫能力，有研究表明其服役溫度已高達１１００℃［１］，逐漸接近高溫合金材料的熔點，繼續提高其使用溫度難度很大．通過添加難熔元素不僅會使合金發生嚴重偏析，在高溫下還會析出ＴＣＰ脆性相，容易在合金服役時成為裂紋源，減少合金使用壽命并增加合金使用成本，還可使合金密度變大，因而在使用時受到較高的離心力作用，同時比強度差也會導致合金極易斷裂，這與減輕發動機質量、提高合金使用壽命的思路相悖．因此，開發低密度兼具優異性能的高溫合金具有重要意義，研發新型高溫材料來替代發動機中的熱端部件成為當前科學界面臨的巨大挑戰［２］．Ｎｉ３Ａｌ基單晶高溫合金是近年來發展的一種高溫結構材料，具有成本低、高溫強度好的特點［３－５］．到目前為止，國內發展了ＩＣ６、ＩＣ１０和ＩＣ２１合金［６］．在航空發動機中單晶高溫合金主要用來制作熱端部件（如渦輪葉片），渦輪葉片在使用中主要受力為軸向離心力，同時也存在熱應力和榫頭處的復雜應力［７］．相關研究［８］發現，在相同實驗條件下［１１１］與［００１］兩種取向合金的持久壽命差別很大，［１１１］取向合金的持久壽命遠高于［００１］取向合金，說明Ｎｉ３Ａｌ基單晶高溫合金具有明顯的各向異性．本文通過研究兩種取向的高性能Ｎｉ３Ａｌ基單晶高溫合金的組織形貌以及在不同溫度下的拉伸力學性能，分析其斷裂方式，以期為航天發動機進一步發展提供實驗依據．