堆垛层错能与反应力蠕变理论在第二相强化高温合金中的应用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.03.005 北京钢铁学院学报 1983年第3期 堆垛层错能与反应力糯变理论在 第二相强化高温合金中的应用 北京钢铁学院材料系谢镉普陈国夏 美国哥伦比亚大学冶金及材料科学系P.J.McHugh田家飘 摘要 在第二相强化的多元高温合金稳态蜩变速率方程的基础上，考虑了堆垛层错能 与反应力墙变理论，进而提出了一个新的稳态蠕变速率普通式： 7n0 es=A"(Ys)no 0-0p Q E(T) exp(-RT）。 根据对Ni一C0二元合金，Y'相强化和氧化物弥散强化的镍基高温合金、以及 Y'相含量不高不同含Co量的镍基高温合金(Was paloy)和高Y'相含量的不同含 Co量的镍基高温合金(Udi met700)的蠕变进行验证，说明作者提出的稳态蠕变 速率方程是可行的。 近年来，田家凯等，)对第二相强化的多元高温合金提出了一个稳态蠕变或最小蠕变 速率方程式的普遍式，即： 日0 e6=A1-K)。{gP} E(T (1) 式中A为组织结构参数，K为小于1的一个固溶强化系数，σ是使用应力，。p是由第二项强 化而引起的反应力(Back stress),E(T)是与温度有关的弹性模量，no为蠕变应力指数 通常在3一5之间，Q为蠕变激活能，R为气体常数，T为绝对温度K。式(1)可以把第二 相强化对合金蠕变抗力的贡献通过σp这一项表现出来，而基体固溶强化的贡献通过 (1一K)·这一项来表现。随后即要说明，合金基体这一项可以通过堆垛层错能这个物理 量来表现。 Barretti和Sherby is)从实验上确定了对于面心立方金属的蠕变速率e是与堆垛层错能： (SFE)呈3.5次方的关系，即 es=A/Ys3. []'ep-) (2) 式中A'是与材料有关的参数，Ys是堆垛层错能。堆垛层错能在镍基固溶体合金蠕变中的作 *本文为北京钢铁学院谢锡善和陈国良于1979一1981年在美国哥伦比亚大学作为访 问学者期间所作研究工作的一部分，P.J.McHugh和田家凯分别为美国哥伦比亚大学冶金 系毕业生和教授。 56

北 京 钥 铁 学 院 ‘ 学 报 年第 冬期 堆垛层错能与反应力蠕变理论在 第立相强化高温合金中的应用 北 京 钢 铁 学 院 材 料 系 谢拐替 陈国奚 美 国哥 伦 比亚 大学冶金及 材料科学系 田家取 摘 要 在第二 相 强化 的 多元 高温 合 金稳 态蟠 变速率方程 的塞础上 ， 考虑 了堆垛层 错 能 与反 应 力蠕 变理 论 ， 进 而 提 出了一 个新 的稳 态蠕 变速率普通 式 二 · 、 。 。 〔 一 箭 一 〕 。 一 卜 命 。 根据对 一 。 二 元 合金 ， ’ 相 强化和 氧化 物 弥散 强 化 的镍基 高温 合金 、 以及 了 相含 不 高不 同含 。 量 的镶墓 高 温 合金 和 高洲 相含 量 的不 同含 。 量 的镶墓 高温 合金 的蠕 变进行验证 ， 说 明作者提 出的稳态蠕变 速率方程是 可行的 。 近 年来 ， 田 家凯 等 ‘ ， 对第二 相 强 化的 多元 高温 合 金 提 出 了一 个稳 态蠕变或最 小蠕 变 速率方 程式 的普 遍 式 ， 即 二 一 一 一 书黑 ” 。 。 吸 ‘ 、 ， 旦一 、 式 中 为组织 结构参数 ， 为小于 的一 个 固溶强 化系 数 ， 是使 用应 力 ， 是 由第二项 强 化而 引起的反应 力 ， 是 与温 度有关的弹 性模 量 ， 。 为蠕变应 力 指 数 通常在 一 之 间 ， 为蠕变激 活能 ， 为气体常 数 ， 为绝 对温 度 。 式 可 以 把 第二 相强 化对合 金蠕变 抗力 的 贡献 通过 这一 项 表 现 出 来 ， 而基 体 固 溶强 化的 贡 献 通过 一 一 ” “ 这一 项来 表现 。 随后 即要说 明 ， 合金 基体这一 项可 以 通 过堆垛层 错能 这个物 理 最来表现 。 和 芝 呈 次方 的关 系 ， 二 从实验 上确定 了对于面 心立方金 属 的蠕 变速 率 是 与堆垛 层 错能 且 。 丫 一 〔命 ” ’ 一 品 ’ 式 中 ， 是 与材料有关的 参数 ， 丫 是堆垛 层 错能 。 堆垛层 错能在 镍 基 固溶 体合 金蠕变 中的 作 本文为北京钢铁学院 谢 锡 善和 陈国 良于 一 年在 美 国哥 伦 比亚 大学作为 访 问学者期 间所作研 究工 作 的一 部分 ， 和 田 家凯分 别为美 国哥 伦 比亚 大学冶 金 系 毕业 生和 教授 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．03．005

用在Davies i1,Beeston Is,e1以及Johnso.n[7I等人的工作中也有所论述。虽然，堆垛 层错能在一些成分复杂的合金和第二相强化的高温合金中的作用在一些研究工作中【11都 有所提及，但是还没有做到明确的定量分析。 如果堆垛层错能是复杂合金的基体中位错热激活运动（滑移或攀移）的控制因素，那么 在方程（2)中有关固溶体基体作用的这一项可以这样来表示，即： (1-K)aYs (3) 这样式(1)就可以变换为 6=AY…[ n o a-Op xp(-) (4) 关于式(4)是否成立可以通过试验求得es从而导出Ys的值，或者是先求出Ys再推导出es而 来进行验证。 本文首先对Ni一Co二元合金的蠕变进行上述的验证，继而对一些Y'相强化的氧化物弥 散强化的镍基高温合金【，2I,以及Y'相含量不高不同含Co量的镍基高温合金(Was palo.- y)I1!和高y'相含量不同含Co量的镍基高温合金(Udimet700)的蠕变进行验证。对后 两类不同含C0量合金的研究目的在于了解C0在镍基高温合金中的作用【12,1]，进而可以 节约高温合金中的战略元素Co。 堆垛层错能在二元Ni一C0合金蠕变中的作用 表l是根据Wilshire等人I41的蠕变数据以及Beeston等人在Ni一Co二元合金中Co 降低合金固溶体堆垛层错能的数据互不相依地计算出来的一些控制蠕变速率的参数。将这些 参数中的固溶强化系数K和堆垛层错能的降低值△Ys如图1所示作图而得到良好的线性关 系，说明作者提出的(3)式和蠕变速率的综合式(4)都是有效的。然而对于在复杂多元 多相（即有固溶强化又有第二相强化）高温合金中包含堆垛层错能的反应力蠕变理论和場变 速率方程式（4)是否仍然有效，必须做进一步的验证。 表1Co对Ni一Co二元合金500℃蠕变时有关控制稳态蠕变速率参数的影响 Co% no“ p米 △Ys0 (MPa) K斯 (%) 0.1 4.01 15.2 一 一 10 3.96 15.2 0.375 11.2 20 3.96 15.2 0.463 22.4 40 3.97 17.2 0.559 44.8 65 3.98 17.2 0.692 72.8 69 3.99 17.2 0.742 .77.3 e=A'(1-K)n°(o-gp)no K为固溶强化系统，σP为除了固溶强化作用以外的所有反应力 △Ys%为与纯Ni相对比的堆垛层错能降低值 57

用在 ‘ ， ’ ， ’ 以 及 ’ 等人 的 工作中也有所论述 。 虽 然 ， 堆垛 层 错能在一 些成 分 复杂的 合 金和 第二 相 强 化的高温 合金 中的作 用在一 些研究 工作 中 ’ 一 ‘ ’ 都 有所提 及 ， 但 是 还 没 有做到 明确 的 定 量 分析 。 如 果堆垛 层 错能是 复杂合 金 的 基体 中位 错热 激 活运 动 滑移或 攀移 的控制 因素 ， 那么 在 方 程 中有关 固溶体 基 体作 用 的 这一 项可 以 这样来 表示 ， 即 一 丫 这样 式 就可 以 变 换为 二 ︵ · ‘丫 ，一 〔 〕 ， ， 七 人 、 一 万不币 几 关于式 是 否成 立可 以 通过试 验求 得 从而导 出丫 的 值 ， 或者 是 先求 出丫 再推导 出。 而 来 进行 验证 。 本文首先对 一 。 二元合金 的蠕变进行 上述 的 验证 ， 继 而对一些 洲 相 强 化的氧化物弥 散强 化 的镍 基高温 合金 汇” “ 〕 ， 以 及 尹 相 含量 不高 不 同 含 。 量 的镍 基高温 合金 。 ’ ‘ 和 高 了 相 含量 不 同 含 。 量 的 镍 基高温 合金 的蠕变进 行验证 。 对后 两类不 同 含 。 量 合金 的 研 究 目的在 于 了解 。 在 镍基高温合 金 中的作用 【 ’ ， ‘ ， 进而可 以 节 约高温合金 中的 战 略元素 。 。 堆垛层 错能 在二 元 一 。 合金姗变中的作用 表 是根据 等人 ‘ 的 蠕变数据 以 及 等人在 一 二元 合金 中 降低 合金 固溶体堆垛层 错能 的数据 互 不相 依地计算 出来的一些控 制蠕变速率的 参数 。 将这些 参数 中的 固溶 强化 系数 和 堆垛 层 错能 的 降低 值 △丫 如 图 所 示作 图 而得 到 良好的线性关 系 ， 说 明作者 提 出的 式 和 蠕 变速 率 的 综 合式 都 是有效 的 。 然而对于在复杂多元 多相 即有 固溶 强 化又 有 第二相 强化 高温 合 金 中包 含堆垛层 错能的反应 力蠕变理论和姗变 速 率方程式 是 否仍 然有效 ， 必 须做进一 步的 验证 。 表 。 对 一 。 二 元合金 ℃ 蠕变 时有关控制 稳 态蠕变速率 参数的 影响 ‘ · ” ‘ ‘ · 一 · ” … ’ · ” ” · ” “ · ” · ” … ’ · ” ” · “ · · ” … ‘ · “ 】 ” · 】 · · ” ‘ · ” ” · “ · · · · · ” 自 日八八口﹃工︸ 左内﹃ ， 一 ” ” 一 ” 。 为固溶 强 化 系统 ， 为 除 了 固溶 强 化 作用 以 外的所 有反 应力 二 △ 为与纯 相对 比的堆垛层 错能 降低值

.0 0.8 0.7 0.6- K=0.0053×△￥，+0.324 0.5 (R=0.9963) Q 0.4 0.3 0.2 102030405060708090100 AYs 图1 在Ni一C0二元合金蠕变试验中堆垛层错能降低 值（△Ys%)与固溶强化系数K的关系 堆操层错能在一些高温合金中作用的评价 裘2是根据田家凯及其合作者公布的数据【，)列出了一些氧化物弥散强化和Y'相强化 的高温合金中表征蠕变反应力不同特征参数的值。可以看出，固溶强化系数K值总是小于】 的。由此直接测定堆垛层错能还有一定困难，相应固溶体基体的堆垛层错能值可以考虑采用 二元镍合金，诸如Ni一Coo1,Ni一Cr],Ni一AI1,Ni一TiI和Ni-W]中所 测定的堆垛层错能值来推算。 文献〔6〕指出在Ni中加入A1,Ti,Co,其堆垛层错能的降低可以用一个系数乘以所 加入元素的原子百分数来表示。考虑到文献〔6〕中的实际试验数据以及绝大部分高温合金的 成分，当纂基固溶体成分在0一28%C,0一22原子%C0,0一5原子%A1和0一2.5原子% Ti的范围内，堆垛层错能降低的系数都符合线性关系。这些系数对在Ni中加入Cr,Co, A1和Ti而言相应为1.66,0.96,1.72和8.0。Nix等人17刊研究了Ni一W系中W的加入起始 时是使堆垛层错能急剧下降，以后随W含量的增加而逐趋平稳。当含W量在0.65原子%时堆 垛层错能下降了大约0%，进一步增加W,下降就小了。考虑到绝大部分含W的高温合金中 W含量一般都是大于0,65原子%，因此在二元合金数据的基础上加W对Ni基固溶体堆垛层 错能的降低系数取为常数，即0.50。由于缺乏Mo在Ni一Wo系中降低堆垛层错能的实验数 据，从保守的考虑出认为Mo的作用不会小过于C「，而暂且取Mo的堆垛层错能降低系数与 Cr相同。因此，根据Beesto n和France[」的数据和上述的假设提出多元镍基固溶体巾堆 垛层错能的降低（△Ys%)的计算式为： △Ys%=1.66(at%Cr)+1.72(at%A1)+8.0(at%Ti)+1.66(at%Mo)+50%(对含 W合金)+0.96(at%Co) (5) 表2中所列合金成分见文献〔2)。为了根据(5)式而计算△Ys%值必须要知道固溶体 基体的成分。高温合金中合金元素在Y和Y'相中的分配系数是与Y'相的数量有关15,1]。 表3列出了根据分配系数而计算出来的Y固溶体基体成分以及代入(5)式而得出相应的 △Ys%值。从表3的数据可以看到对Mar-M200合金而言△Ys%的值超过了100%。这显然 58

二 八几 ‘ 二 ‘， 几 诊 ’ ▲ ， 图 在 一 。 二 元合金 蠕 变 试 验 中堆垛层 错能 降低 值 △丫 与固溶 强化 系数 的关 系 堆垛层错能在 些离沮 合 金 中作 用 的评价 表 是根 据 田家凯 及 其 合作者公布 的 数据 ‘ ’ 列 出了一 些 氧 化物弥散 强化和 尹 相 强 化 的 高温 合金 中表征蠕变反 应 力不 同特征 参数的值 。 可 以 看 出 ， 固溶 强化系数 值 总是 小 于 的 。 由此 直 接测定堆垛 层 错能还 有一 定 困难 ， 相应 固溶体 基体的堆垛层 错能值 可 以 考虑 采 用 二元镍 合金 ， 诸 如 一 。 ， 一 〔 。 ， 一 「 ， 一 和 一 中所 测定的堆垛层 错能值来 推算 。 文 献 〕指 出在 中加入 ， ， ， 其堆垛层 错能 的降低 可 以 用 一个系 数乘 以 所 加入 元素的原子 百分 数来 表示 。 考虑 到文 献 〔 〕 中的 实际试 验数据 以 及绝大部分高温 合金 的 成分 ， 当镍基 固溶体成 分在。一 ， 一 原子 。 ， 一 原子 和 。 一 原子 的范围内 ， 堆垛层 错能降低 的 系 数都符合 线性关系 。 这 些 系数 对在 中加入 ， 。 ， 和 而言相应 为 “ ， ， 和 。 等人 〕 研 究 了 一 系 中 的加入起 始 时是使 堆垛层 错能 急剧 下降 ， 以后 随 含量的增 加而逐趋 平稳 。 当 含 量在 原子 时 堆 垛层 错能下 降 了大约勃 ， 进一 步增 加 ， 下降 就小 了 。 考虑 到绝 大部分 含 的高温合 金 中 含量一般都是大于 “ 原子 ， 因此在 二元 合金 数据 的 推 础 上加 对 基 固溶 体堆垛层 错能的降低 系数取 为常数 ， 即。 。 由于缺乏 。 在 一 。 系 中降低 堆垛层 错能 的实验数 据 ， 从保守 的考虑 出认为 。 的作 用 不会小过 于 ， 而暂且 取 。 的 堆垛层 错能 降低 系数 与 相 同 。 因此 ， 根据 和 ’ 的 数据 和 上述 的假 设提 出 多元镍 一 峨固溶 体 中堆 垛层 错能的 降低 △丫 夕幻 的 计算式 为 △丫 对 含 合金 表 中所 列合 金成 分见 文 献 〕 。 为 了根据 式而计算△ 值必 须 要知 道 固溶体 基体 的成 分 。 高温合 金 中合金 元素在 丫和 ’ 相 中的 分配 系数是 与丫‘ 相 的 数量 有关 〔 ‘ ” ， ’ 。 】 。 表 列 出 了根据 分 配系 数 而计 算 出来 的 丫 固溶 体 基体 成分 以 及 代入 式 而 得 出相应 的 △ 值 。 从 表 的 数据可 以 看 到对 一 。 合金 而言△ 的 值超过 了 。 这显 然

是不可能的，其原因也许是过高地估计了W的作印。不管怎么样，从相对的比较来说，这些 计算出来的△Ys值是可用的。从表3基本上可以看出用Y'相强化的合金（袭3下部数据） 比氧化物弥散强化合金（表3上部数据）的△Ys%值要，这是由于Mar-M200,Ni monic 115和Udimet700这些以Y'相强化的合金中刷溶强化元素的含量高。 从图2可以看出两个互不相依而计算出来的固溶强化系数K值与堆垛层错能降低值 △Ys%之间存在着与Ni一Co二元合金中类似的那样良好的线性关系。看来堆垛层错能可能 是通过固溶强化对蠕变抗力作出贡献中的一个重要控制因素。 表2 一些高温合金在760℃蠕变时表征蠕变反应力的不同特征参数值【1 合 金 主要 强化 相 ap(Mpa) as(Mpa) K TD-Ni ~1%Th02 13.1 MA754 ~1%Y,O,和Ni固溶体 169.0 28.6 0.51 MA753 ~1%Y,O,和Ni周溶体 198.0 56.9 0.69 MA6000E ~1%Y,0,~45%Y'和Ni固溶体 466.0 68.8 0.72 Mar-M200 ~55%Y'和Ni固溶体 465.6 227.8 0.87 Ni monic115 ~50%Y'和Ni固溶体 383.0 123.2 0.87 U di met700 ~45Y'和Ni固溶体 236.2 226.7 0.93 表3 根据高温合金中Y'周溶体的成分而计算出来的堆垛层错能降低值△Ys% 后 金 Y'固溶体成分原子% Ni Cr Co Mo W Ti AYs% TD-Ni 100 MA754 76.62 22.98 一 0.21 0.24 40.43 MA753 72.28 25.06 1.40 1.35 54.81 MA6000F 67.93 26.40 1.46 (Mo+W) 3.77 0.43 56.17 Mar-M200 58.34 15.78 14.85 6.14 4.62 0.26 100.5 Ni monic115 44.66 28.04 20.38 2.48 4.0 0.44 80.63 U di met700 41,49 25.36 24.83 4.29 3.63 0.41 82.58 1.0 UDIMET 700 MAR M200 0.8 MA 6000E NIMONIC 115 MA 753 0.6 K MA 754o 0.4 0.2 图2 各类镍基高温合金孀变 试验中△Ys与固溶强化 TDNI 系数K值的关系 20 40 60 80 100 59

是 不可 能的 ， 其原 因也许是 过高 地估计 了 的 作用 。 不管 怎 么样 ， 从 相 对 的 比较 来说 ， 这 些 计 算 出 来 的 △ 值 是可 用的 。 从 表 华 本 上可 以 看 出用 丫‘ 相 强 化 的 合 金 表 下 部数据 ‘ 比氧 化物 弥散强 化合金 表 上部数据 的 △ 值 要高 ， 这是 由于 一 ， 和 这些 以 洲 相 强 化 的 合 金 中日 溶 强 化元素 的 含量 高 。 ’ 从 图 可 以 看 出两 个互 不 相 依 而计 算 出来 的 固 溶 强 化 系 数 值 与 堆垛层 错 能降低值 △ 。 之 间存在着 与 一 。 二元 合 金 中类似 的 那样 良好 的 线 性关 系 。 看来雄垛层错能可 丽 是通过 固溶强 化对蠕变抗力作 出贡 献 中的 一 个重 要控 制 因 素 。 表 一 些 高温合金在 ℃蠕变时 表征蠕变反 应 力的 不同特 征参数值 川 合 金 主 要 强 化 相 八︸ 卜丹吕了︺﹄ 曰，行，口月几舀几了才 一 奉 一 ，和 固溶体 。 和 固溶体 ， 尹 和 固溶 体 产 和 固溶体 丫’ 和 固溶体 丫尹 和 固溶体 表 根 据 高温 合金 中 尹 卜月溶体 的 成 分 而计算 出来 的 堆垛 层 错能 降低 值 △ 合 金 △一 一 一 一一 丫尹 固溶 休 成 分原子 氏 任任曰，任口几舀叹八月 … 八工︸﹄ 一 一 一 叮”八‘甘︸﹃‘ 任︸内一月 … ，曰匕口任﹃内 吕舀自八任口一‘ 自乙，勺‘，上 曰城︸内叹口匕尸﹃山 … 厅峡八了工月 自月任只︸，土才一月 一 ‘ …… ‘ 一 。 一 ， 忆， 众权 吕自 图 各 类镍墓 高温 合金 端变 试 验 中△丫 与固溶 强化 系数 值 的 关 系 勺自 认认 ‘ ‘一 全 八 ‘ 吕心

钴对低Y'相含量Was paloy合金蠕变性能影响的评价。 上面用堆垛层错能对不同成分和不同Y'含量的高温合金作了评价。现在我们将对一类 不同含钴量的合金来分析C0对该合金蠕变性能的影响。分析的合金对象是19.4重量%C「， 4重量%Mo,3重量%Ti,1.35重量%A1,0.035重量%C,0.004重量%B,0.06重量%Zr以 及Co从0一12.4重量%变化的镍基高温合金Was paloy11)。合金的蠕变和持久试验条件 为732℃，551Mpa。 表4列出了根据文献(11)所换算出来的相对蠕变速率，其中以12.4重量%Co的WasP- aloy作为标准而定为1。采用Y'相量为20%的合金元素分配系数而计算出来不同含Co量 Was paloy合金Y'固溶体的基体成分如表5所列。将此成分代入(5)式而求出相应的△Ys% 值列于表4。采用这些△Ys%值代入式(4)的蠕变速率方程式而计算出来的相对蠕变速率也 同时列入表4。比较表4中并列的实测和本文计算出来的相对蠕变速率值，无论在数量上和 数值上都是符合得很好的。可见C0对低γ'含量高温合金蠕变性能的影响，通过堆垛层错能 的作用可能是一个重要因素。 表4钴对Was paloy合金在732℃，551Mpa条件下相对蠕变速率的影响 Co% △Ys% 计算出来的 实测的相对 相对蠕变速率 蠕变速率* 0 60.7 3.6 6 6.8 66.31 1.9 3.1 10.2 68.88 1.4 1.9 13.6 71.28 1 1 根据文献〔11)换算得来 表5 不同含Co量Was paloy合金Y基体的化学成分（原子%） 合金中的C0 Y'基体的化学成分（原子%） 重量% Ni Cr Co Mo Al Ti 0 69.28 25.1 0 3.0 1.1 1.52 6.8 61.38 25.3 8.0 3.0 1.1 1.22 10.2 57.46 25.4 12.0 3.0 1.1 1.04 13.6 53.56 25.5 16.0 3.0 1.1 0.84 钻对高Y'相含量Udi met700合金锡变性能影响的评价。 钻对高Y'相含量(~45%y')镍基高温合金Udi met700的蠕变性能影响进行了直 接的实验测定。研究镍基合金的成分为15重量%C「，5重量%Mo,3.5重量%Ti,4.1重 量%A1,0.06重量%C,0.025重量%B,0一17重量%C0。测定了760℃，310一586Mpa条 件下不同含钴量Udimet 700合金的蠕变及持久断裂性能。合金的最小蠕变速率与含Co 量的影响见图3。可以看出，在不同应力条件下随着含C0量的降低蠕变速率增大。特别是 降到8%Co以下，蠕变速急剧增大。 60

钻对 低丫‘ 相 含 。 合 金 姗变性能影 晌 的评价 。 上面 用 堆垛 层 错能对 不 同成分和 不 同 ‘ 含量 的 高温 合金作 了评 价 。 现在我们 将对一 类 不同 含钻童 的 合金来 分析 。 对该 合金蠕变性能 的影 响 。 分析 的合金 对象是 重量 ， 重量 ， 重量 ， 重量 ， 重量 ， 重量 ， 重量 以 及 。 从。一 重量 变化的镍基 高温合金 。 【” 。 合金 的蠕变 和持久试 验条件 为 ℃ ， 。 表 列 出 了根据 文 献 〔 〕所换算出来 的 相 对蠕变 速率 ， 其 中以 重量 。 的 作为标 准而定为 。 采 用 ‘ 相量 为 的合金 元素分配系 数而计算出来 不同 含 。 量 合金 洲 固溶体 的 基体成分如 表 所 列 。 将此成 分 代入 式 而求 出相应 的 △丫 。 值 列 于表 。 采 用这些 △丫 值代入 式 的蠕变速率方 程 式 而计算出来 的相 对蠕变速 率也 同时 列入 表 。 比较 表 中并列的实测和 本文计算出来 的 相 对蠕变速 率值 ， 无 论在 数量 上和 数值 上都 是符合得很 好的 。 可见 。 对低 洲 含量高温合金蠕变性能的影 响 ， 通过 堆垛层 错能 的 作 用可 能是一个重 要因素 。 表 钻 对 合金 在 ℃ ， 条件下 相 对蠕变速 率的影 响 计算 出来 的 相 对蠕变速率 实测 的 相 对 蠕变速 率 △ 补 根 据文 献 换算得 来 表 不 同 含 。 量 合金 丫 基体的 化学成 分 原子 合金 中的 。 重量 尹 基体 的 化学成 分 原子 ‘匀八︸ ，自曰性，月 … 曲一上，占，几 … ‘上︸工 钻 对离 ’ 相 含 合金 姗变性能 影 晌 的评 价 。 钻 对高 洲 相 含量 了 镍 荃高温 合 金 的蠕 变性能影 响进 行 了直 接的 实验 测 定 。 研 究 镍 法合金 的 成 分 为 重量 ， 重量 。 ， · 重量 ， 重 量 ， 重量 ， 重量 ， 一 重量 。 测 定 了 ℃ ， 一 条 件下 不 同 含钻量 合金 的蠕变及持 久断裂 性能 。 合金 的 最 小蠕变速 率 与 含 量 的影 响见 图 。 可 以 看 出 ， 在 不 同应 力条 件下 随着 含 量 的 降低 懦变速率增 大 。 特别 是 降 到 。 以 下 ， 蠕变 速 率急剧增大

不同含量Co量Udi met700合金Y基 760℃ 0- 586 MPa 4- 552 MPa 体的成分可以根据合金元素的分配系数【11而 8 517 MPa 483 MPa 计算出来。其计算结果列于表6。表7为相应 448 MPa 通过(5)式和（4)式而计算出来的△Ys% 10 值和相对蠕变速率值。对比表7中实测和计算 出来的相对蠕变速率值基本上都是一致的，说 明在Udimet700这一类高合金化的镍基合金 中加入钴也可能是通过固溶体堪体中堆垛层错 的降低而提高蠕变抗力。 10 15 20 合金中站含量（重量%） 图3 不同Co含量的Udimet700合金 在不同应力条件下的蠕变速率 表6 下同含Co量Udimet700合金Y基体的化学成分（原子%） 合金中的含钴量 Y基体的化学成分（原子%） 重量% Cr Mo Al Ti Co Ni 0 26.76 4.74 2.74 0.16 0 65.60 4.3 26.73 4.63 2.98 0.31 6.21 59.14 8.6 26.61 4.79 3.17 0.51 12.45 52.47 12.8 25.934.72 3.46 0.72 18.45 46.72 17.0 26.21 4.71 3.77 0.90 24.45 39.96 表7 Co对Udi met700合金在760℃，483Mpa条件下相对蠕变的影响 合金中的含钴量 计 算值 实测值 重量% △Ys% 相对蠕变速率 相对蠕变速 0 60.81 18.6 19.6 4.3 66.28 9.6 3.8 8.6 71.48 4.9 1.38 12.8 76.35 2.3 1.26 ·17.0 80.86 1.0 1.0 结 语 我们认为即使在复杂多元多相（既有固溶强化又有第二相强化）的高温合金中堆垛层错 能也可以是通过固溶体基体强化来提高蠕变抗力的一个关键因素。只有当基体固溶强化占有 重要地位时，即表2所列一些合金中σs和第二相强化所造成的反应力0相比亦占有相当比 例时，这种情况才是重要的。 固溶体中堆垛层错能的降低将增加不全位错对之间的堆垛层错宽度而不易于位错相互切 割后的继续运动。此外，也有一些理论认为【17,1！在Y基体中的堆垛层错能也会间接影响 第二相强化效果，即是影响运动着的位错进入Y‘析出物的过程。 61

︸一﹄ 不 同 含量 量 合金 基 体 的成 分可 以根据 合金 元素 的分 配 系数 ‘ “ 〕 而 计算出来 。 其 计算结 果列于 表 。 表 为 相应 通 过 式 和 式 ‘ 而计算出来 的 △丫 值 和 相 对蠕 变速 率值 。 对 比 表 中实测 和计算 出来的 相 对蠕变 速 率值 基本 上都是一致 的 ， 说 明在 这一 类高合金 化的镍 基合 金 中加入钻 也可 能是通 过 固溶体基体 中堆垛层 错 的 降低 而提 高蠕变 抗 力 。 ℃ 公兴、条︵铃润袱砚城挤奋暇 一 合 金冲抬含且 重 · 不 同 含 量 的 合 金 在不 同应 力条件下 的蠕 变速率 ， 护卜上 · 二，已 图 表 不 同含 。 量 合金 丫基体的 化学成 分 原子 合金 中的 含钻 量 丫基体 的 化学成分 原子 重量 。 、 二 ‘ ， ， 。 七 洲 。 八 ‘ 灿 匀二尸工 自叮 … 月人口勺﹃了匕，上自内，八 … 甲片匕‘九曰‘口，人丹口，八月去 ”甘︵甘﹄﹄甘 … ，曰曰，自“，移七丹八卜丹工 八丹 ’ 表 对 合金在 ℃ ， 条件下 相 对蠕变 率 的影 响 二“ “ · 一下湍生毓赢一瑞淤亡 丹 月口︸︸︸ … 白任 ︸怂一口内 … 匕行月八衬︸了一 七，么八甘 ’ 结 语 我们 认为即使在 复杂 多元 多相 既 有固溶 强化 又有 第二 相 强 化 的 高温 合 金 中堆垛 层 错 能也可 以是通 过 固溶 体 基体 强 化来 提高蠕变 抗力的一 个关键 因素 。 只 有 当基体固溶强 化 占有 重 要地位 时 ， 即表 所 列一 些合金 中。 。 和 第二 相 强 化所造成 的 反应 力 ， 相 比亦 占有相 当 比 例 时 ， 这种情况才是 重 要的 。 固溶体 中堆垛层 错能 的降低 将增 加 不 全位 错对之 间的 堆垛层 错宽 度而不易 于位 错相 互 切 割 后的 继 续 运 动 。 此 外 ， 也有一 些理 论认为 ‘ ’ ‘ 胜飞在 丫 基 体 中的 堆 垛层 错能也 会间接影 响 第二相 强化效果 ， 即是影 响运 动着 的位错进 入 尹 析 出物的 过程

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今 考 文 献 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 长 ， ， ， ， ， ， 。 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 沪、、 、护饭沪， 产尸月、、 ， 、沪、 、沪产 、沪护且 、护 几 矛、沪、 」 ‘、子、产几、 口，，一几工 ， 、沙、沪‘月 〔 〕 〔 〕 ， ， ， ， 、沙 ， 沪、尹、 弓人 、沪叮‘ 〔 〕 ，

Iucluding Stacking Fault Energy Into The Resisting Stress Model For Creep Of Particle Strengthened Superalloys Xie Xishon,Chen Guoliang (Superalloy Division Department of Metal Materials,BUIST) P.T.Mc Hugh and J.K.Tien (Department of Matallurgy and Materials Science Culumbia University USA) Abstract Af the base of steady state creep rate eguation for multicompment particle-strengthened alloys and in condideration of the stacking fault energie and resisting stress theory in creep,a new generalized steady- state creep rate equation is proposed: A[(- Q The applicability of this equation is assessed by the creep of Ni-Co binary alloys,several y'or oxide dispersion strengthened nickel-base superalloys,low Y fraction strengthened nickel-base superalloys Waspaloy with different contents of cobalt and high fraction Y strengthened nickel-base superalloys (Udimet%)with different contents of cobalt.The result of this assessment is available. 63

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