金属学报  2012, Vol. 48 Issue (5): 561-568    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2011.00536

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[111]取向镍基单晶合金在蠕变期间组织演化的有限元分析

张姝1, 2,田素贵1,于慧臣3,于莉丽1,于兴福1

1. 沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870 2. 沈阳化工大学机械工程学院, 沈阳 110142 3. 北京航空材料研究院, 北京 100095

MICROSTRUCTURE EVOLUTION AND FEM ANALYSIS OF [111] ORIENTED SINGLE CRYSTAL OF A NICKEL-BASED SUPERALLOY DURING TENSILE CREEP

ZHANG Shu1,2, TIAN Sugui1, YU Huichen3, YU Lili1, YU Xingfu1

1. School of Materials Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870 2. School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142 3. Beijing Institute of Aeronautical Material, Beijing 100095

张姝,田素贵,于慧臣,于莉丽,于兴福. [111]取向镍基单晶合金在蠕变期间组织演化的有限元分析[J]. 金属学报, 2012, 48(5): 561-568.
, , , , . MICROSTRUCTURE EVOLUTION AND FEM ANALYSIS OF [111] ORIENTED SINGLE CRYSTAL OF A NICKEL-BASED SUPERALLOY DURING TENSILE CREEP[J]. Acta Metall Sin, 2012, 48(5): 561-568.

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(3795 KB)   摘要: 采用弹塑性应力--应变有限元方法计算了[111]取向镍基单晶合金中γ/γ'两相共格界面的von Mises应力及应变能密度分布, 研究了施加拉应力对γ/γ'两相界面von Mises应力分布及γ'相定向粗化规律的影响. 结果表明: [111]取向镍基单晶合金经热处理后, 组织结构是立方γ'相以共格方式嵌镶在γ基体相中, 沿<100>方向规则排列. 当沿[111]取向施加拉应力蠕变期间, 与近(010)γ'晶面的基体通道相比, 近(001)γ'和(100)γ'晶面的基体通道有较大的von Mises应力,在主应力分量的作用下, (100)和(001)晶面分别沿[001], [010]和[010], [100]方向发生较大的晶格扩张应变, 可诱捕较大半径的Al和Ti原子, 这是促使γ'相在(010)面沿[001]和[100]方向定向生长成为层片结构的筛网状筏形组织的主要原因. 关键词 ： [111]取向单晶,  镍基合金,  组织演化,  蠕变,  有限元分析     Abstract：The distribution of von Mises stress and strain energy density in regions near interfaces of γ/γ' phases was calculated by an elastic--plastic stress--strain finite element method (FEM), and the influences of applied stress on the von Mises stress distribution and coarsening regularity of γ' phase in a [111] oriented single crystal nickel--based superalloy were also investigated. The results show that, after heat treated, the microstructure of the [111] oriented single crystal superalloy consists of a cubical γ' phase embedded coherently in γ matrix, and the cubical γ' phase is regularly arranged along <100> direction. When tensile stress is applied along [111] direction, compared to (010)γ' plane, larger expanding lattice strain occurs on (100)γ' and (001)γ' planes under the action of principal stress component, which may trap Al, Ti atoms with bigger radius to promote γ' phase directionally growing along [010] and [100] orientations on (010) plane, this is thought to be the main reason of γ' phase grown directionally into a mesh--like rafted structure along (010) plane. Key words： [111] orientation single crystal    nickel-based superalloy    microstructure evolution    creep, FEM analysis 收稿日期: 2011-08-23      基金资助: 国家自然科学基金项目50571070和高等学校博士学科点专项科研基金项目20092102110003资助 作者简介: 张姝, 女, 1976年生, 讲师, 博士 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 张姝 田素贵 于慧臣 于莉丽 于兴福 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.3724/SP.J.1037.2011.00536      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2012/V48/I5/561 [1] Peng Z F, Yan Y H.  Acta Metall Sin, 1997; 9: 1147     (彭志方, 严演辉. 金属学报, 1997; 9: 1147) [2] Sass V, Glatzel U, Feller--Kniepmeier M.  Superalloy 1996, Metals Park: TMS, 1996: 283 [3] Tien J K, Copley S M.  Metall Trans, 1971; 2: 215 [4] Tien J K, Copley S M.  Metall Trans, 1971; 2: 543 [5] Liu J L, Jin T, Sun X F.  Mater Sci Eng, 2008; A479: 277 [6] Yue Z F, Lu Z Z.  Mater Sci Technol, 1998; 6(2): 48     (岳珠峰, 吕震宙. 材料科学与工艺, 1998; 6(2): 48) [7] Pollock T M, Argon A S.  Acta Metall Mater, 1994; 42: 1859 [8] Pollock T M, Argon A S.  Acta Metall Mater, 1992; 40: 1 [9] Muller L, Glatzel U, Feller--Kniepmeier M.  Acta Metall Mater, 1992; 40: 1321 [10] Glatzel U, Feller--Kniepmeier M.  Scr Metall, 1989; 23: 1839 [11] Yang Y Q, Zhou L, Zhang J Y.  J Shenyang Ligong Univ, 2009; 28(3): 42      (杨永清, 周丽, 张嘉易. 沈阳理工大学学报, 2009; 28(3): 42) [12] Wang M G.  PhD Thesis, Shenyang University of Technology, 2010      (王明罡. 沈阳工业大学博士学位论文, 2010) [13] Rao S Q, Meng C L, Wu B.  J Aerosp Power, 1998; 13(1): 30      (饶寿期, 孟春玲, 吴斌. 航空动力学报, 1998; 13(1): 30) [14] Rao S Q.  Aircr Eng, 2004; 30(1): 10      (饶寿期. 航空发动机, 2004; 30(1): 10) [15] Meng C L, Wu B, Rao S Q.  J Beijing Univ Aeronaut Astronaut, 1998; 24(1): 21      (孟春玲, 吴斌, 饶寿期. 北京航空航天大学学报, 1998; 24(1): 21) [16] Tian S G, Chen C R, Zhang J H.  Mater Sci Technol, 2001; 17: 736 [17] Zhou L, Li S X, Chen C R.  Z Metallkd, 2002; 93: 315 [18] Tian S G, Zhang J H, Yang H C, Hu Z Q.  Mater Sci Technol, 2000; 16: 451 [19] Tian S G, Zhou H H, Zhang J H.  Acta Metall Sin, 1998; 34: 1261      (田素贵, 周惠华, 张静华. 金属学报, 1998; 34: 1261) [20] Zhang S, Tian S G.  Acta Metall Sin, 2011; 47: 61      (张姝, 田素贵. 金属学报, 2011; 47: 61) [21] Tian S G, Zhang J H, Yang H C, Hu Z Q.  Mater Sci Technol, 2001; A279: 160 [1] 冯强, 路松, 李文道, 张晓瑞, 李龙飞, 邹敏, 庄晓黎. γ' 相强化钴基高温合金成分设计与蠕变机理研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1125-1143. 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