镍基单晶高温合金中的位错及其对蠕变行为的影响

来源期刊：材料导报2019年第17期

论文作者：何闯 刘林 黄太文 杨文超 张军 傅恒志

文章页码：2918 - 2928

关键词：镍基单晶高温合金;位错形成机制;合金强化;蠕变性能;

摘    要：镍基单晶高温合金是一种极为重要的高温结构材料,主要用于制造航空发动机叶片等热端部件。位错是引起材料塑性变形的主要原因,会导致零件失效或断裂。镍基单晶高温合金在实际服役过程中形成的位错类型多样、形态各异,对蠕变性能的影响也各不相同。因此,位错与蠕变机制的关系一直是高温合金性能研究的重点,备受国内外学者关注。单晶高温合金中的位错组态主要包括γ相中的独立位错、形成堆垛层错的位错、界面位错网以及γ’相中的超位错。独立位错、堆垛层错、界面位错网和γ’相中各种类型的超位错均是位错与溶质原子、位错与γ’相以及位错与位错之间复杂交互作用的结果。基体通道中的独立位错形成于蠕变初期,是所有位错之源。堆垛层错是高温合金低温蠕变中最常见的位错组态,既可存在于基体相,也可存在于γ’相,层错形貌与两相层错能大小有关。界面位错网呈四方状或六方状,集中分布于γ/γ’两相界面附近,是高温蠕变的典型组织特征之一。高温蠕变下进入γ’相的超位错有两种,分别是〈110〉型超位错和〈010〉型超位错,两种超位错通过γ’相的机制明显不同,〈110〉型超位错主要以切割方式穿过γ’相,而〈010〉型超位错只能以滑移和攀移相结合的方式通过γ’相。合金的蠕变性能与位错组态密切相关。堆垛层错是合金层错能低的表现,低层错能会增大初始蠕变量,缩短合金的低温蠕变寿命;界面位错网是位错与两相错配应力交互作用的结果,位错网阻碍了位错切割γ’相,对高温蠕变性能非常有利;位错穿过γ’相是高温合金高温蠕变的控制性因素,进入γ’相的超位错因类型不同,对蠕变性能的影响也明显不同。对高温合金中各种位错形貌、结构以及形成过程的认识是高温合金蠕变机理研究的基础,关于位错组态对蠕变性能的影响和位错组态影响因素的分析可以为合金设计提供新思路。本文针对镍基单晶高温合金中的几种主要类型位错,分别从位错形貌与结构、位错形成机理以及位错对蠕变性能的影响三个方面进行了综述,阐明了不同类型位错的形貌特征,分析了位错决定蠕变性能的内在机理,总结了合金元素强化的一般性规律,在此基础上提出了几种提高单晶高温合金蠕变性能的潜在技术途径。