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Mo添加对第四代Ni基单晶高温合金组织的影响
研究背景
沉淀硬化镍基单晶高温合金是制造航空发动机叶片的重要材料。合金的高温强化机制主要是γ相的固溶强化和共埋γ′相的析出强化。研究发现，Mo可以显著增加γ/γ′晶格错配的大小和位错网络密度，从而进一步增强材料的抗蠕变性能。
Mo对元素分配行为的影响可以提高γ相的固溶强度，但降低γ′相的强度。Mo效应的机制尚不完全清楚，特别是是否为所研究的sc的最佳Mo含量。
研究方法
采用三步加热工艺对铸态SCs进行处理，包括高温固溶处理(1623 K保温10 h)，然后进行两次时效处理(1373 K和1143 K)，每次处理后进行空气冷却(AC)。在固溶热处理过程中，在相对较低的温度(1593 K ~ 1618 K)下进行多步处理，以在达到1623 K之前消除共晶和低熔点相。利用扫描电子显微镜(SEM)观察其微观结构，并用体积比为1:2:3的HF、HNO3和甘油组成的溶液对抛光后的样品进行蚀刻。
实验结果解析
表1. 实验用4种不同合金的组成(wt.%)。
图8. 8a显示了热处理样品中元素的剩余元素偏析比。与铸态相比，元素的偏析行为明显减轻，偏析比接近于1。由于其扩散速率较低，稀土的分布仍然很不均匀。随着Mo的加入，Re的偏析率略有增加。热处理后Al、Ta和W仍表现出偏析行为，但与Mo的加入差异不大。Mo的分布随着Mo的增加而趋于均匀。
图10. 从XRD结果中计算了晶格参数和晶格失配。Ni基单晶高温合金的晶格失配通常为负，因为α γ′比α γ略小。在1100℃时，随着Mo含量从2 wt%增加到4 wt%， γ相的晶格参数增加了约0.004 Å，而与γ相相比，γ′相的晶格参数对Mo含量的依赖性较弱。
实验总结与结论
本文研究了Mo添加量对第四代Ni基单晶高温合金组织的影响。
(1)Mo增加了γ相的晶格参数，而γ′相的晶格参数对Mo含量的依赖性较弱。Mo的加入明显提高了Mo、Cr和Re的配分率，从而扩大了γ′/γ相的晶格错配。
(2)Mo通过调节铸态合金中合金元素的偏析行为，降低了共晶岛的体积分数。而当Mo含量高时，则出现富Mo相。Mo的加入对枝晶间距无明显影响。
(3)随着Mo含量的增加，热处理合金中Re的偏析程度增加，Mo的偏析程度减轻，而W、Ta和Al的偏析行为则发生了变化。Mo的加入减小了γ′相的尺寸和γ通道的宽度，而γ′相的体积分数基本保持不变。总体而言，Mo对γ′相形成元素的配分行为影响不显著。
(4)高mo含量SCs中难熔元素和富mo相的高配分率可能会给显微组织稳定性和热处理带来问题。因此，所研究的第四代SC中合适的Mo含量可能在3 wt%左右，这需要进一步的力学实验来验证。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2022.10.001
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2022年最新影响因子4.7，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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