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单晶高温合金因其在高温环境下优异的综合力学性能,已经被广泛运用到航空发动机及燃气轮机中。但由于单晶制备工艺复杂、成品率低,相关研究也一直是国内外的研究热点。因此开展的工艺参数对单晶组织及性能影响研究具有重要的理论价值和实际应用价值。 本文是基于DD5单晶高温合金为研究对象,通过快速凝固法(HRS)获得不同工艺参数下的单晶试样。通过对单晶试样的宏观组织及微观组织分析,归纳不同工艺参数对DD5单晶组织的影响规律;研究不同工艺参数和使用环境对DD5单晶试样力学性能的影响;另外还分析了最优工艺参数下的DD5单晶试样的再结晶行为,获得了其再结晶规律。研究结果表明: DD5单晶宏观组织在抽拉速率为2mm/min和3mm/min时能获得完整单晶组织;随着抽拉速率的增加,微观组织中枝晶组织越来越致密,共晶含量增加,碳化物由大块状向细长条状转变,枝晶干γ相的尺寸和数量相应减小。DD5各主要元素中,Co、W、Re属于正偏析,Al、Cr、Ta属于负偏析。另外,过热处理时间增加,一次枝晶间距随之减小,枝晶间的γ相变得细小和规整。 DD5单晶常温拉伸实验结果表明,随着抽拉速率的增加,抗拉强度呈先减小后增大的规律,在实验范围内最大值为1087MPa;而屈服强度在925MPa左右波动,延伸率呈先下降后上升的变化趋势;常温拉伸断口主要由大量小平面组成,且有较多解理台和河流花样,说明合金的断裂机制为解理断裂。 DD5单晶试样高温拉伸实验结果表明,当在800℃时,DD5的抗拉强度和屈服强度达到最大值,延伸率有所下降;800℃以下时,DD5合金的抗拉强度和屈服强度接近常温时拉伸性能;在800℃以上时,其强度迅速下降,但延伸率有所上升。另外,随着高温拉伸的温度升高,其断裂形式由脆性断裂向韧脆混合型断裂再向韧性断裂转变。 抽拉速率为3mm/min且承受载荷的DD5单晶试样在热处理工艺为1100℃×4h和1170℃×4h时,没有再结晶行为,但共晶组织周围有大量大尺寸γ相析出;在热处理工艺为1220℃×4h时,在压痕附近发现少量尺寸较小的胞状再结晶;在热处理工艺为1270℃×4h时,只有载荷影响区的枝晶干发生了再结晶;在热处理工艺为1320℃×4h时,受载荷影响区已有明显的再结晶晶粒。因此,单晶中γ相的溶解决定了再结晶行为的发生。 随着载荷的增加,DD5单晶再结晶发生的深度和范围变大,压痕附近的再结晶晶粒数量多尺寸小,远离压痕处的再结晶晶粒数量少尺寸大,且明显低于CMSX-6的再结晶深度。由于DD5单晶中C元素对再结晶形成的新晶界有强化作用,只有在水冷时会出现少量热裂现象。