实验所用镍基单晶高温合金的名义成分（质量分数， ％）为：Ｎｉ一５Ｃｏ－６Ｃｒ－２Ｍｏ－８ｗ一５Ａ１】取向 尺寸为２００ ｍｍｘ５５ ｍｉｎｘ４ ｍｍ的单晶板坯，将板坯切 割成等长的两段，按如下制度进行热处理：１３０５℃／８ ｈ， ＡＣ（空冷，ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ）＋１０８０℃／４ ｈ，ＡＣ＋８７０℃／２４ ｈ， Ａｃ．热处理后将同一单晶板坯分别沿纵向（［００１１取向）及 偏离一定角度（［０１１ｌ取向）加工成工字形板状蠕变样品， 试样标距段的横断面为３ ｍｍｘ２ ｍｍ，标距为１５ ｍｍ． 采用电子背散射衍射（ＥＢＳＤ）法测量了每个试样的晶体 取向，试样轴向在标准投影三角形中的位置如图１所示．
万方数据
第１１期
贾玉贤等：一种镍基单晶高温合金的蠕变各向异性
１３６５
［０１１１，【ｉｉｉ】顺序减小．Ｓａｓｓ等【４】对ＣＭＳＸ－－４合金的 研究显示，在８５０℃时，初始蠕变阶段蠕变各向异性明显， 第２蠕变阶段强度按［００１］，［０１１】和［１１１】取向依次降低． 可见，受合金成分、温度、应力、７７相尺寸和形貌的影响， 各种合金的蠕变各向异性不一致．由于涡轮叶片是形状复 杂的薄壁件，为了更接近实际状态，本文采用板式试样对 一种单晶高温合金的［ＯＯｌ】和【０１１］取向进行了蠕变测试， 分析蠕变各向异性，为实际应用提供参考． １实验方法
图３为２种取向单晶试样在７５０℃／７５０ ＭＰａ条件 下蠕变断裂后的７基体及７７相ＳＥＭ像．可见，１００１ｌ及 ［０１１］取向合金中７７相均未形筏，［００１］取向合金中７７相 还保持较好的立方形，［０１１］取向合金局部区域７基体及 １７相扭曲，并出现了孪晶组织，图３ｂ中划线处为孪晶界， 在孪晶界两侧，，ｙ７相的排列方式不同．图４为２种取向
ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ『０１ １１ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ『０ １１１ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙ ｉｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ７５０℃／７５０ ＭＰａ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｃｒｅｅｐ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ『００ １ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙ ａｒｅ ｂｏｔｈ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＪＩＡ Ｙｕｘｉａｎ。Ｔｅｌ：ｆ０２４１２３９７１７６’．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｘｊｉａ＠订Ｍ．ａｃ．ｃｎ
ＳｕｐｐｏＴｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．５０９３１ ００４） 。
Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２００９ ０３ １８．ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ ２００９ ０６ ０８
ｐｈａｓｅｓ ａｒｅ ｒａｆｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｂｌｏｃｋｓ ｔｈｅ ｇｌｉｄｅ／ｃｌｉｍｂ ｏｆ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃａｕｓｅｓ ｃｒｅｅｐ
ｈａｒｄｅｎｉｎｇ．ｔｈｅ ｒａｆｔｉｎｇ ｏｆ １７ ｐｈａｓｅ ｉＳ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｒｅａｓｏｎ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｒｅｅｐ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ａｔ ｈｉｇｈｅｒ
表１ 拉伸蠕变试样轴向的晶体取向，实验条件、蠕变寿命和延伸率 Ｔａｂｌｅ １ Ｉｎｉｔｉａｌ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ，ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｒｅｅｐ ｌｉｖｅｓ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｉｎ Ｆｉｇ．１
Ｎｏｔｅ：一——ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｃ ｓａｍｐｌｅ ａｘｉｓ ａｎｄ（００１），Ｐ—ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ａｘｉｓ ａｎｄ（００１）一 （０１１）ｂｏｕｎｄａｒｙ
分别在７５０℃／７５０ ＭＰａ和９８２℃／２４８ ＭＰａ条件下进行 拉伸蠕变实验．利用扫描电镜（ＳＥＭ）和透射电镜（ＴＥＭ） 观察蠕变后的丫相形貌和位错组态．ＳＥＭ的金相面和 ＴＥＭ的膜面均平行于应力轴．
２实验结果与讨论
２．１ 蠕变特征 表１为合金在不同条件下的蠕变实验结果和ＥＢＳＤ
分析结果．ｐ为试样纵向和（００１）取向的夹角，Ｐ为试样 纵向和（００１）一（０１１）对称边界的夹角．试样Ａｌ～Ａ４基本 接近［００１】取向，即选晶法自由牛长的方向，Ｂ１～Ｂ４基本 接近【０１１］取向．可见，在低温高应力条件下，［００１】取向 合金的蠕变寿命远高于【０１１】取向合金，但【０１１】取向合 金的延伸率较高，在【００１］及［０１１】取向合金之间存在较 明显的各向异性．在高温低应力条件下，【００１】取向合金的 平均蠕变寿命和延伸率均较高，但各向异性程度显著降低．
图１ 拉伸蠕变试样轴在标准奇：体投影三角形中的位置 Ｆｉｇ．１ Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｘｉｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｃｒｅｅｐ
ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ（Ａ１一Ａ４ ａｎｄ Ｂ１一Ｂ４）ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｎ－ ｄａｒｄ ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｔｒｉａｎｇｌｅ
化厅向与应力轴的夹角约为４５０．７’相形筏后，阻碍ｒ位错运动，导致加工硬化，因此，７７相筏化是各向异性程度降低的丰要原因． 在１０１１Ｉ取向合金的蠕变后期观察到挛晶组织同时穿越７和７７相，导致试样塑性火幅度降低，迅速断裂．
关键词镍基单晶高温合金，蠕变，各向异性，晶体取向
中图法分类号ＴＧｌｌ３．２５
文献标识码 Ａ
万方数据
１３６６
金属学报
第４５卷
图２ 【ｏｏｌ】及【０１１】取向合金拉伸蠕变曲线 Ｆｉｇ·２ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｃｒｅｅｐ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ【００１】ａｎｄ［０１１ｊ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙｓ ａｔ ７５０℃／７５０ ＭＰａ（ａ）ａｎｄ ９８２＂Ｃ／２４８ ＭＰａ（ｂ）
Ｆｉｇ·３
囝３合金在７５０℃／７５０ ＭＰａ条件下蠕变断裂后的ＳＥＭ像 ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ【００１】（ａ）ａｎｄ【０１ １】（ｂ）ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｓａｍｐｌｅｓ ａｆｔｅｒ ｃｒｅｅｐｉｎｇ ａｔ ７５０℃／７５０ ＭＰａ，７７ ｐｈａｓｅ ｉｎ Ｆｉｇ．３ａ
＋国家自然科学基会资助项日５０９３１００４ 收到初稿日期：２００９—０３—１８，收到修改稿日期：２００９－０６－０８ 作者简介：贾玉贤，女，１９７５年乍，博上乍
研究【ｌ＿引．Ｌｅｖｅｒａｎｔ和Ｋｅａｒｌｌ Ｊ报道了Ｍａｒ—Ｍ２００合金 在７６０℃／６８９ ＭＰａ条件卜，【１１１］取向合金的蠕变性能高 于［００１］取向合金．Ｃａｒｏｎ等吲研究表明，ｃＭＳｘ－２合 金在７６０—８５０℃范围内，当７７相尺寸为０．３５ ０．５肛ｍ 时，［００１】取向合金具有最大的蠕变强度，而当７７相尺寸 为ｏ．２肛ｍ时，旺１１】取向合金蠕变寿命最长，而［０１１】取 向合金寿命较低．彭忐方等１３Ｊ从７和１７相形态演变的 角度对ＣＭＳＸ ４合金的各向异性行为进行了研究，认为 ［００１］，［０１１］和［１１１］方向在７７相形筏后，剩余的基体通 道分别占原来的１／３，２／３和１，所以蠕变强度按【００１】，
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｌｏａｄ ｃｒｅｅｐ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆ００１１ ａｎｄ ｆ０１１１ ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｎｉ—Ｃｏ＿ Ｃｒ ＭＯ Ｗ Ａ１ Ｔｉ一，］阻ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ．Ｔｈｅ ｆ００１］ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙ ｈａｓ ｍｉｌｃｈ ｌｏｎｇｅｒ ｃｒｅｅｐ ｌｉｆｃ
文章编号０４１２－１９６１（２００９）１１—１３６４－０６
ＡＮＩＳｏＴＲｏＰＩＣ ＣＲＥＥＰ ＩＮ Ａ Ｎｉ—ＢＡＳＥＤ ＳＩＮＧＬＥ
ＣＲＹＳＴＡＬ ＳＵＰＥＲＡＬＬｏＹ
肌Ｙｕｘｉａｎ ｌ，２１，。删死０ １１，三，Ｕ Ｊｉｎｌａｉ¨，ＳＵＮ Ｘｉａｏｆｅｎ．ｑ １１， ＨＵ
１）
）
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ
ＷｏＲＤＳ ＫＥＹ
Ｎｉ ｂａｓｅｄ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ．ｃｒｅｅｐ．ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ，ｃｒｙｓｔａｌ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
镍基单晶高温合金具有优异的综合性能，因而被广泛 地用作航空发动机叶片材料，尽管涡轮叶片的主要受力方 向为１００１Ｉ取向，即定向凝固择优生长的方向，但足涡轮 叶片复杂的形状及工作巾的高温度梯度，产生了局部多轴 向机械应力及沿各个方向的热应力．因此，众多研究人员 对合金各种性能的各向异性，尤其是蠕变各向异性进行了
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ＴＥＭ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｗｉｎｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ １０１ １ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙ，ｗｈｉｃｈ
ｌｏｗｅｒｓ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｔｏ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｒａｐｉｄｌｙ．
ｓｔｉｌｌ ｈａｖｉｎｇ ｃｕｂｉｃ ｓｈａｐｅ，ｔｈｅ ｗｈｉｔｅ ｌｉｎｅｓ ｉｎ Ｆｉｇ．３ｂ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ ｏｆ ａ ｔｗｉｎ ｆＳ．Ｄ．—＿ｓｔｒｅｓｓ ａｘｉｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）
Ｆｉｇ·４
图４合金在９８２℃／２４８ ＭＰａ条件下蠕变断裂后的ＳＥＭ像 ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ Ｎ ｔｙｐｅ ｒａＲ ｉｎ［Ｏ（Ｈ】ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙ（ａ）ａｎｄ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｒａｆｔ ａｎｄ ａ ｆｃｗ ｔｗｉｎｓ ｉｎ【０１１】ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｌｌｏｙ（ｂ）ａｆｔｅｒ ｃｒｅｅｐｉｎｇ ａｔ ９８２℃／２４８ ＭＰａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ，
Ｃｈｉｎｅｓｅ
Ａｃａｄｃｉｎｙ
ｏｆ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ，
Ｓｈｅｎｙａｎｇ
１ １００ １ ６
Ｚｈｕａｎｇｑｉｌ
２）Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１６８
第４５卷
第１１期