實驗目的及意義

1、沈陽工業(yè)大學 開放實驗報告 ZA/ * 日啟自甘%框ft東加K/=匚臺匕為小題目：9%W單晶銀基合金的蠕變激活能測定專業(yè)班級：金材0702實驗室名稱：天氣:室溫:姓名：安廣實驗室號：相對濕度：學號：070202034實驗組號：實驗時間三月成績：指導教師：田素貴批閱時間F 月9%忡品鍥基合金的蠕變激活能測定一、實驗目的及意義：1 .掌握合金的熱處理方法2 .掌握金相試樣制備及組織觀察方法3 .掌握拉伸蠕變實驗機的使用及蠕變曲線的測量方法4 .了解利用蠕變曲線計算合金蠕變激活能的方法。二、實驗設備1. 真空定向凝固爐，用于制備單晶試樣；2. 箱式電阻爐，用于合金的熱處理；3. RCL-3 型蠕變試

2、驗機，用于蠕變曲線測定；4. JXA-840 型掃描電子顯微鏡，用于組織形貌觀察。三、實驗步驟1 .鑄態(tài)合金經(jīng)機械研磨和拋光后，在SEMF觀察組織形貌；2 .對材料進行完全熱處理，并進行SEMA織形貌觀察；3 .將完全熱處理態(tài)合金加工成拉伸蠕變樣品，并置于蠕變試驗機中進行拉伸試蠕變曲線測定;4 .對蠕變后的樣品進行SEMA織形貌觀察;5 .根據(jù)拉伸蠕變曲線計算蠕變激活能。四、蠕變激活能及應力指數(shù)的計算在高溫穩(wěn)態(tài)蠕變期間，單晶合金中的立方？?相逐漸”專變?yōu)镹-型筏狀結構。隨蠕變進行， 形變位錯在？基體中運動至筏狀？?相處受阻，熱激活促使位錯發(fā)生攀移而越過？?相，并使合 金的應變速率保持恒定，其應

3、變速率服從 Dorn速率方程：螺李p （G） n*喑）Q為蠕變激活能；n為應力指數(shù)；T為溫度；A為常數(shù)；P為常數(shù)；G為剪切模量；b 為Burgers矢量；K為Boltzmann常數(shù)；R為氣體常數(shù)；D0是頻率因子。在恒溫條件下，（4-1）式可簡化為：ln ss nln constant（4-2）在包應力條件下，（4-2）式可簡化為：Ln ssQappQapp (4-3) constantRT Ln ssR( T 1 ) (4-4)根據(jù)合金的蠕變曲線，應用拐點法可得出穩(wěn)態(tài)蠕變速率。根據(jù)式（4-2）、（4-3）及（4-4）,計算出9%W單 ln系:品合力在穩(wěn)態(tài)期間的應變速率與溫度倒數(shù)之間的關系服從如

4、下關 ,求,不同溫度下的應變速率，繪制曲線如圖 4.1（a）所示。根據(jù)曲線中數(shù)據(jù)及方程(4-3),計算出合金在1040c 1080c范圍內的蠕變激活能，9%W合金的蠕變 激活能為Q = 465kJ/mol , 9%摘金的表觀應力指數(shù)n2= 4.82。圖4.1合金在穩(wěn)態(tài)蠕變期間的應變速率與施加溫度和應力的關系根據(jù)應力指數(shù)n的數(shù)值，可定性反映合金在穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形機制：當 n = 1時， 蠕變過程受擴散的控制；n約等于3時，蠕變過程受位錯滑移所控制；當 n = 46時，蠕 變由位錯的攀移所控制；當 n ? 6時，是第二相顆粒強化機制。由此，可認為，在試驗的 溫度和施加應力范圍內，9%W聿晶合金在

5、穩(wěn)態(tài)蠕變期間，蠕變過程主要受位錯攀移所控制。五、實驗結果及分析(1)鑄態(tài)單晶合金組織形貌H5.1藍鬼晶合金信(001晶臬截面上呈現(xiàn)整齊的次麗而JB斯百涼衣”初犯5分布根據(jù)合金的化學成分制備出母合金錠。之后，采用選品法，在高溫度梯度真空定向凝 固爐中以7mm/min的凝固速度制備出001取向的單品合金試棒，樣品的生長方向與001 取向的偏差控制在7?以內。那、樹枝加般規(guī),，次枝e1弗果展，苑1；：M0M010取向，如圖5.1 (a);由于枝晶臂、枝晶間具有不同的凝固條件，凝固速度不同，故導致枝晶臂、枝晶 間的元素偏析程度、？?相形貌及尺寸都不盡相同，在枝晶間的 A區(qū)域，形成較大尺寸的?相為蝶形等

6、不規(guī)則形貌，如圖 5.1(b)所示。(2)完全熱處理后合金的組織形貌合金經(jīng)過完全熱處理后，分別在1060c和1080c條件下進行100h的時效處理，其SEM形貌分別示于圖5.2(a)和(b)。可以看出：合金在1060c條件下時效100h后，？相在三維空間呈立方體形貌，且規(guī)則堆垛排列，盡管已經(jīng)時效100小時，但其？?相的形貌特征仍為完整的立方體形貌，？?相尺寸約為0.8 mi合金在1080c條件下時效100h后，？?相尺寸比前者略大，相尺寸約為1.0小旦 立方？?相的形態(tài)仍然清晰可見，保持較好的立方度，如圖5.2(b)所示。表明，該合金在兩種時效溫度下，元素的擴散速度較慢，合金具有較好的組織穩(wěn)定

7、性，且？?相尺寸隨時效溫度升高而略有長大。.13所示。在不同溫度施加137Mp效力條件下的蠕變曲線如圖5.3(a),可以看出，在1040C,合金具有較低的應變速率和較長的蠕變壽命，其穩(wěn)態(tài)期間的應變速率為0.0144%/h,蠕變進行200h后的 應變量僅為3.56%,蠕變壽命達421h。圖5.3 9%W單晶合金在不同條件下的蠕變曲線隨實驗溫度提高至1060C,穩(wěn)態(tài)期間合金應變速率提高到 0.0272%/h,持續(xù)時間縮短到228 h,蠕變壽命降低了 32%為285 h,隨溫度進一步提高到1072C,合金的壽命已降 低至138 h,表明，合金表現(xiàn)出明顯的溫度敏感性。該合金在1040c施加不同應力測定

8、的蠕變曲線，如圖 5.3(b)所示，可以看出，合金在 穩(wěn)態(tài)期間的應變速率隨施加應力的提高而增大，蠕變壽命隨施加應力的提高而顯著降低。測定出，在施加160Mp琲口 180MPa力下，合金在穩(wěn)態(tài)期間的應變速率分別0.0315%/h和 0.0529%/h,蠕變壽命為190h和82h。表明：在給定的應力和溫度范圍內，合金具有明顯 的應力敏感性。(4)蠕變期間的組織演化在1040c /137MPa條件下，9%廁晶合金蠕變421 h斷裂后，在樣品不同區(qū)域的組織 形貌示于圖5.4 o在蠕變樣品的不同區(qū)域，具有不同的受力狀態(tài)，因此，在合金的不同區(qū) 域，具有不同的組織形貌。根據(jù)合金不同區(qū)域的組織形貌，可分析合金

9、中不同區(qū)域的變形 程度。試樣觀察點位置示于圖5.4 (a),字母A所標注處為無應變區(qū)域，其形貌特征示于圖5.4(b),部分？?相沿垂直或水平方向相互連接，形成串狀結構；在樣品的B區(qū)域承受拉伸張 應力，其？?相已形成與應力軸垂直的N-筏狀結構，筏狀？?相的厚度尺寸約為0.6小成其形 貌如圖5.4 (c)所示；在區(qū)域05?相形貌與區(qū)域 計目似，如圖5.4(d)所示；但在區(qū)域推狀？?相的厚度已粗化至0.8-0.9小日并已發(fā)生明顯的扭曲，如圖5.4 (e)所示；近斷口 E區(qū)域的 組織形貌如圖5.4 所示，可以看出：筏狀？?相已明顯粗化至1小成 且長度減小，筏狀？?相取向與施加應力軸方向呈一定角度傾斜，其中，？?相的粗化及扭曲程度增加為近斷口區(qū)域發(fā)生較大塑性變形所致。7MPa貌六、實驗結論(1)經(jīng)完全熱處理后，合金的組織結構是有尺寸約為 0.8?m的立方？?相和？基體相組成。(2)隨蠕變溫度提高，合金的應變速率提高，蠕變壽命縮短；提高應力作用與提高溫度作 用類似，在實驗的溫度和應力范圍內，合金的應力敏感性大于溫度敏感性。(3)計算出該合金該合金在穩(wěn)態(tài)期間的蠕變激活能和應力指數(shù)分別為Q =