无铼镍基单晶高温合金全服役温度拉伸行为研究：中温区强度与塑性的协同优化

为降低单晶(SX)高温合金中昂贵元素Re的使用成本，研究人员开发出一种新型无铼合金，系统研究了其全服役温度下的拉伸行为。该合金在760°C时展现出1292 MPa屈服强度(YS)和16.9%延伸率的优异平衡，通过TEM揭示了堆垛层错(SFs)和位错运动对γ/γ'相强韧化的协同机制，为低成本SX合金设计提供了理论指导。

　　

高温合金是航空发动机涡轮叶片的核心材料，其中添加稀有金属铼(Re)的第二代单晶(SX)合金虽具有优异高温性能，但高昂成本制约其广泛应用。如何在去除Re的同时保持合金性能，成为材料领域亟待解决的难题。

为突破这一瓶颈，国内研究人员开发出新型无铼镍基单晶高温合金，并对其全服役温度范围内的拉伸行为展开系统研究。发表在《Materials Characterization》的这项成果显示，该合金在关键中温区(760°C)同时实现1292 MPa屈服强度(YS)和16.9%延伸率，性能超越典型第二代SX合金。通过透射电镜(TEM)等表征手段，发现堆垛层错(SFs)在γ'相中的扩展及其与γ相的交互作用显著提升塑性，而位错交滑移和SFs相互作用则强化了YS和加工硬化能力。高温下位错可借助热激活攀移穿越退化的γ'相，反相畴界(APBs)拖拽位错对的机制在低APB能量条件下取代SFs成为主导。研究揭示强韧化平衡本质上是不同位错构型与γ/γ'相竞争作用的结果，为低成本高性能SX合金设计提供了新思路。

关键技术方法包括：1) 全温度范围(室温-900°C)拉伸测试；2) TEM观察位错/SFs演化；3) γ'相尺寸统计及APB能量计算；4) 变形亚结构电子衍射分析。

研究结果：

1. 力学性能特征：760°C下YS达1292 MPa，延伸率16.9%，强度超过第二代SX合金平均值，中温区呈现独特强塑性协同效应。
2. 变形机制演化：中温区SFs贯穿γ/γ'相提升塑性，位错交滑锁形成强化YS；高温区位错攀移主导变形，APB拖拽机制取代SFs。
3. 微观结构响应：塑性累积导致大量位错切入γ'相，流动应力随变形下降；γ'相退化加速高温位错运动。

结论与意义：该研究首次阐明无铼SX合金通过SFs与位错多模式交互实现强韧平衡的微观机制，突破传统合金设计中对Re元素的依赖。发现的中温区协同强化现象为新型合金开发指明方向，提出的位错构型竞争模型为理解高温变形提供新视角。这项成果不仅推动低成本高性能高温材料发展，对航空发动机关键部件寿命预测也具有重要指导价值。