Metall. Mater. Trans. A: 鎳基單晶合金原位冷卻過程中變形對顯微組織的影響

【引言】

單晶超合金從固相線溫度冷卻過程中，高溫變形行為對于汽輪機葉片的合理設計以及應力-應變的預測至關重要。等溫及恒定應力/應變條件下的應力-應變行為主要用來描述材料服役和加工過程中的性能。但高溫下的變形及顯微組織的變化對低溫下材料的變形及顯微組織的影響還沒有得到充分研究。。

【成果簡介】

近日，哈佛大學的Chinnapat Panwisawas（通訊作者）在Metallurgical and Materials Transactions A發表了最新的研究成果“History Dependence of the Microstructure on Time-Dependent Deformation During In-Situ Cooling of a Nickel-Based Single-Crystal Superalloy”。在該文中，研究人員利用中子衍射、TEM、微型熱電測試以及有限元模型研究了鑄造單晶超合金CMSX-4原位冷卻過程中由于應力釋放和蠕變應變的釋放產生的塑性應變。

【圖文導讀】

圖1 從1000℃冷卻到900℃時，晶格常數的變化

（a）冷卻過程中晶格常數的變化

（b）γ和γ′晶格常數的變化

（c）連續冷卻過程中實測的應力變化

（d）連續冷卻過程中γ和γ′的晶格應變變化

（e）晶格錯配隨時間的變化

圖2 初始應力為350MPa，從1000℃開始冷卻時的TEM明場像

（a）高密度界面位錯

（b）低缺陷密度

（c）堆垛層錯

（d）位錯A到G對γ′析出相的剪切作用

圖3 950℃和1000℃時等溫載荷應變控制模式下的應變變化率

圖4 在350MPa的初始應力下，應力隨時間的變化

圖5 不同位移速率下以0.1℃/s的速率從1300℃原位冷卻過程中塑性應變/應變速率/宏觀應力變化情況

（a）塑性應變

（b）應變速率

（c）宏觀應力

圖6 從1220℃到1300℃不同溫度下，應力隨應變的變化情況

【小結】

主要結論如下：溫度在1000°C和900°C時，應力先釋放，接著位錯密度的降低以及γ相中堆垛層錯的出現說明開始軟化。基體γ和析出相 γ′中均出現晶格應變的降低。結果表明在獲取本構模型時必須考慮顯微組織的變化，尤其是接近固溶溫度時。采用ETMT對試樣原位冷卻過程進行研究表明在1300°C和1220°C時的高溫變形過程中，蠕變是主要的應變方式。低于閾值溫度時，在 γ′相體積分數增加，應力急劇增大之前就會發生加工硬化。冷卻過程中流變應力的變化也證明了變形過程會產生很大影響。當粘塑性占主導時，流變應力實驗中測得的最大應力和冷卻過程中的應力一致。該研究表明高溫變形和冷卻過程中顯微組織的變化過程對于獲得準確的粘塑性本構模型至關重要。

文獻鏈接：History Dependence of the Microstructure on Time-Dependent Deformation During In-Situ Cooling of a Nickel-Based Single-Crystal Superalloy（Metallurgical and Materials Transactions A，2018，doi.org/10.1007/s11661-018-4703-3）

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

材料人網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaokefu

如果您想在科研中應用材料計算，歡迎您使用材料人計算模擬解決方案。材料人組建了一支來自全國知名高校老師及企業工程師的科技顧問團隊，專注于為大家解決各類計算模擬需求。如果您有需求，歡迎掃以下二維碼提交您的需求，或直接聯系微信客服（微信號：cailiaoren001）