Metall. Mater. Trans. A: 镍基单晶合金原位冷却过程中变形对显微组织的影响

【引言】

单晶超合金从固相线温度冷却过程中，高温变形行为对于汽轮机叶片的合理设计以及应力-应变的预测至关重要。等温及恒定应力/应变条件下的应力-应变行为主要用来描述材料服役和加工过程中的性能。但高温下的变形及显微组织的变化对低温下材料的变形及显微组织的影响还没有得到充分研究。。

【成果简介】

近日，哈佛大学的Chinnapat Panwisawas（通讯作者）在Metallurgical and Materials Transactions A发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”。在该文中，研究人员利用中子衍射、TEM、微型热电测试以及有限元模型研究了铸造单晶超合金CMSX-4原位冷却过程中由于应力释放和蠕变应变的释放产生的塑性应变。

【图文导读】

图1 从1000℃冷却到900℃时，晶格常数的变化

（a）冷却过程中晶格常数的变化

（b）γ和γ′晶格常数的变化

（c）连续冷却过程中实测的应力变化

（d）连续冷却过程中γ和γ′的晶格应变变化

（e）晶格错配随时间的变化

图2 初始应力为350MPa，从1000℃开始冷却时的TEM明场像

（a）高密度界面位错

（b）低缺陷密度

（c）堆垛层错

（d）位错A到G对γ′析出相的剪切作用

图3 950℃和1000℃时等温载荷应变控制模式下的应变变化率

图4 在350MPa的初始应力下，应力随时间的变化

图5 不同位移速率下以0.1℃/s的速率从1300℃原位冷却过程中塑性应变/应变速率/宏观应力变化情况

（a）塑性应变

（b）应变速率

（c）宏观应力

图6 从1220℃到1300℃不同温度下，应力随应变的变化情况

【小结】

主要结论如下：温度在1000°C和900°C时，应力先释放，接着位错密度的降低以及γ相中堆垛层错的出现说明开始软化。基体γ和析出相 γ′中均出现晶格应变的降低。结果表明在获取本构模型时必须考虑显微组织的变化，尤其是接近固溶温度时。采用ETMT对试样原位冷却过程进行研究表明在1300°C和1220°C时的高温变形过程中，蠕变是主要的应变方式。低于阈值温度时，在 γ′相体积分数增加，应力急剧增大之前就会发生加工硬化。冷却过程中流变应力的变化也证明了变形过程会产生很大影响。当粘塑性占主导时，流变应力实验中测得的最大应力和冷却过程中的应力一致。该研究表明高温变形和冷却过程中显微组织的变化过程对于获得准确的粘塑性本构模型至关重要。

文献链接：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）

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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