单晶高温合金断裂特征

对单晶高温合金高温拉伸、低周疲劳、高周疲劳和持久断裂特征进行试验研究。结果表明：单晶高温合金高温拉伸断口具有类解理断裂与韧窝断裂的混合特征,断裂机制为中心微孔聚集型断裂。低周疲劳断裂在高应变幅下为多疲劳源,裂纹扩展初期断口与主应力方向垂直,随后疲劳裂纹沿特定晶体学平面扩展;在低应变幅下为单疲劳源,疲劳裂纹沿特定晶体学平面扩展。高周疲劳断裂为单疲劳源,在大应力下断口由多个相交的特定晶体学平面组成,应力较小时,断口由一个大的晶体学平面和瞬断区组成。疲劳裂纹在晶体学平面上扩展形成的疲劳条带间距很宽。高温持久断裂机制为微孔聚集型断裂,显微缩孔成为持久断裂的主要裂纹源。表面再结晶对高温持久断裂机制影响较小,但会使持久性能降低。     

DD6单晶高温合金低周疲劳断裂特征的研究

对DD6单晶高温合金在高温低周(980℃、760℃)及疲劳/蠕变交互作用的断裂特征进行了研究。结果表明:DD6单晶高温合金高温低周疲劳断口往往呈多源开裂特征,裂纹萌生于试样的表面或亚表面,疲劳裂纹在刚萌生时沿着一定的小平面进行扩展,扩展区主要由垂直于裂纹扩展方向的疲劳条带和河流花样组成,瞬断区为类解理台阶形貌,裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹的扩展,断口呈现与主应力约成45°的平面特征;低周疲劳/蠕变交互作用的断裂特征与相同应变条件下低周疲劳断口总体形貌相似,但也一些不同之处,如断口整体氧化严重、疲劳扩展区面积明显减小。     

K40S钻基高温合金的高温低周疲劳行为Ⅱ.疲劳断口分析

研究了K40S钴基高温合金在700℃和900℃温度条件下由应变控制的高温低周疲劳行为,对疲劳断口形貌进行观察,结果表明:在高温低周疲劳加载条件下,K40S合金疲劳裂纹萌生机制为表面滑移带开裂与表面碳化物相界面开裂的综合作用;疲劳裂纹萌生与扩展方式为穿晶型,瞬断区呈现枝晶断裂特征;碳化物可作为障碍,阻碍疲劳裂纹的扩展,且为主要的二次裂纹策源地;K40S合金高温低周疲劳断裂为机械疲劳与高温环境氧化共同作用的结果.     

K40S钴基高温合金的高温低周疲劳行为——Ⅱ.疲劳断口分析

研究了K40S钴基高温合金在700℃和900℃温度条件下由应变控制的高温低周疲劳行为，对疲劳断口形貌进行观察，结果表明；在高温低周疲劳加载条件下，K40S合金疲劳裂纹萌生机制为表面滑移带开裂与表面碳化物相界面开裂的综合作用；疲劳裂纹萌生与扩展方式为穿晶型，瞬断区呈现枝晶断裂特征；碳化物可作为障碍，阻碍疲劳裂纹的扩展，且为主要的二交裂纹策源地；K40S合金高温低周疲劳断裂为机械疲劳与高温环境氧化共同作用的结果。     

DZ125高温合金断裂特征

对DZ125定向凝固高温合金的室温、高温拉伸,高温低周、高周疲劳,以及疲劳/蠕变交互断裂特征进行了研究。结果表明:DZ125合金室温、高温拉伸断口具有类解理断裂、韧窝断裂和沿枝晶断裂的混合特征,断裂机制为中心微孔聚集型断裂;高温低周疲劳断裂断口与主应力方向垂直;高温高周疲劳断裂断口疲劳裂纹扩展第一阶段表现为类解理小平面和平行锯齿状断裂特征。低周/蠕变交互断裂特征与相同条件下低周疲劳断口主要存在3方面差异:疲劳扩展区面积明显减小;断口上的撕裂棱线较多且相互连接;断口上氧化严重,特别是在疲劳扩展区,存在明显的致密氧化层。     

CMSX-4单晶高温合金在不同温度下的低周疲劳行为

研究了单晶高温合金CMSX-4在中温760 ℃和高温950 ℃下的低周疲劳行为。结果表明：在760 ℃下合金具有较长的疲劳寿命和较高的疲劳强度,断裂后断面高度差大并与应力轴方向呈45°角,裂纹沿着{111}面扩展;而在950 ℃下合金具有较短的疲劳寿命和较低的疲劳强度,断面与应力轴垂直,裂纹沿着{001}面扩展。低周疲劳断口的扫描电镜结果表明, 760 ℃试样表面的微孔是主要的疲劳源,而950 ℃试样表面的氧化层是主要的疲劳源且呈现多源开裂。低周疲劳断口的透射电镜结果表明,中温760 ℃下位错具有的平面滑移和波状滑移的变形机制,是由位错的平面滑移向波状滑移转变的过程;而高温950 ℃下位错主要通过交滑移和攀移进行运动。     

先进镍基高温合金疲劳损伤的微观机制

通过对FGH96粉末高温合金、DZ125定向凝固高温合金、DD6单晶高温合金大量疲劳断口的断裂特征进行统计分析,研究了这3类镍基高温合金疲劳损伤的微观机制。结果表明,这3类合金疲劳断裂的宏观形貌有较大的区别,但由于这几类合金均为镍基面心立方晶体结构,因此其疲劳损伤断裂具有相同的微观演变规律和断裂机制,即:从疲劳裂纹的萌生至裂纹的快速扩展均是以滑移机制进行;疲劳扩展第1阶段均为类解理特征,疲劳扩展第2阶段为疲劳条带,快速扩展区呈现为滑移面、滑移台阶、韧窝特征。由于其组织和成形工艺的区别,其共同的特征表现的具体形貌有所区别。     

镍基单晶高温合金530 ℃低周疲劳性能及断裂机制

对镍基单晶高温合金在530℃的低周疲劳断口及断裂损伤机制进行研究。结果表明：在530℃时,单晶高温合金低周疲劳裂纹一般萌生于试样表面、亚表面或内部。亚表面存在铸造缺陷时裂纹从缺陷处起源。在大应变幅（>0.85%）条件下,合金在疲劳循环过程中表现出明显的循环硬化行为,应变幅低于0.85%时循环应力响应曲线基本趋于稳定。镍基单晶高温合金主要通过滑移产生变形,在530℃合金主要通过八面体滑移机制进行断裂,主滑移系为{111}<110>。分析断口特征可知,断口在源区附近未见明显塑性变形,稳定扩展区可见疲劳条带特征,快速扩展区在滑移台阶处存在大量交叉滑移带。通过电子背散射衍射分析发现,不同滑移面交界处的断口表面存在明显塑性变形,靠近断口表面的γ基体及立方γ’相变形严重。该温度下疲劳断口表面未见明显氧化特征。     

一种含Re单晶高温合金的拉伸断裂行为

研究了Re对单晶高温合金拉伸、持久性能的影响及含Re单晶的拉伸断裂特征。拉伸性能试样采用[001]取向单晶制备，应力轴方向平行于单晶[001]取向，采用扫描电镜观察断口形貌。实验结果表明：Re的加入降低了单晶短时拉伸延伸率，但能提高单晶的高温持久断裂延伸率；含Re单晶室温拉伸表现为滑移开裂特征；高温拉伸断裂失效机制为变形不均匀的蠕变断裂；高温持久断口表现为典型的塑性断裂特征，变形均匀。     

Ti555211合金双态组织拉伸行为的SEM原位观察

利用SEM原位拉伸实验,研究了Ti555211合金具有初始双态组织的拉伸变形和断裂行为。结果表明:在拉伸载荷作用下,双态组织试样中滑移带优先出现在初生α相内(与拉伸轴呈45°),在裂纹扩展过程中,合金内滑移带的密度均随着载荷的增加逐渐增加,双态组织试样的断裂方式为微孔聚集型断裂。原位拉伸试样断口分析表明,韧性断裂是双态组织试样的主要断裂方式,双态组织试样断口没有明显剪切唇,存在小范围的剪切滑移造成的平坦面。SEM原位拉伸实验分析方法能够对该合金的变形和断裂行为进行实时跟踪,该方法的研究结果更加具有重大的理论价值和工程意义。     

一种镍基单晶高温合金持久各向异性行为

研究了一种镍基单晶高温合金DD499的[001],[011]和[111]3个晶体取向在典型应力条件下的持久性能。结果表明,持久寿命的取向依赖性与温度和应力有关。760℃,790MPa时,[001]取向的持久寿命明显高于[011]和[111]取向;1040℃,165MPa时,持久寿命由大到小顺序为[111]>[001]>[011],但不同取向的各向异性减弱。利用SEM观察持久断裂后的断口和组织结构表明,760℃,790MPa时,[001]取向试样的断裂特征为解理和准解理混合型断裂,[011]取向为单系滑移引起的剪切断裂,而[111]取向为多系滑移引起的剪切断裂;1040℃,165MPa时,3种取向都为微孔聚集型断裂。     

DD6单晶合金气膜孔薄壁平板高温持久性能

在980℃/300 MPa条件下,对带气膜孔与无气膜孔的DD6单晶合金薄壁平板试样进行高温持久试验研究与有限元对比计算。结果表明:在相同名义应力条件下,带孔试样的高温持久寿命比无孔试样的高温持久寿命低,分别为69、90 h,气膜孔的存在破坏了试样的几何连续性,导致气膜孔周围应力集中为主要因素。通过断口宏、微观观察发现,无试样的断裂方式为微孔聚集型断裂,断口上分布着大量方形小平面特征;而带孔试样由于气膜孔改变了试样中的应力分布,在气膜孔附近产生了应力集中,当裂纹扩展至试样边缘,试样被瞬间剪断。基于晶体塑性理论建立了蠕变模型,将其编入ABAQUS的UMAT子程序中对带气膜孔和无气膜孔薄壁平板试样分别进行模拟分析,模拟结果显示与试样的断裂位置及形貌吻合,在工程应用条件下该模型是能用于薄壁平板的高温持久断裂寿命的预测。     

DZ125定向凝固合金的薄壁持久蠕变性能与断裂行为

采用薄壁试样研究高温试验条件下，试样壁厚对DZ125定向凝固合金向持久性能及其断裂特征的影响规律。结果表明:不同壁厚试样的持久寿命明显低于标准试样，表现出显著的薄壁效应，并且壁厚和持久寿命间存在明显的线性关系；薄壁试样持久断口边缘区域氧化严重，内部区域为微孔聚集型断裂；合金薄壁试样的持久断裂模式为“表面氧化－裂纹萌生－扩展”和“内部蠕变损伤”共同作用；合金在950 ℃/197 MPa下的蠕变性能表明，圆棒试样寿命明显高于薄壁试样寿命，0.6 mm厚度的薄壁试样寿命约为圆棒试样的50%，1.1 mm厚度的薄壁试样寿命约为圆棒试样的80%。     

一种等应力试样中的疲劳短裂纹行为

设计了一种三角形试样,当施加弯曲载荷时,该试样等腰三角形段内的表面拉应力为常数。采用振动试验机对所设计的试样进行疲劳试验,以研究一种焊接金属表面疲劳短裂纹萌生和发展特征。结果表明,疲劳短裂纹起源于铁素体晶内的滑移带。随疲劳周次增加,短裂纹发展以裂纹密度不断增加为主要特征。短裂纹的汇合造成裂纹发展且裂纹路径以穿晶为主。     

疲劳/蠕变复合作用下GH169合金变形和断裂过程的动态观察

利用高温金相显微镜动态观察了GH169合金在疲劳/蠕变复合作用下的变形和断裂过程。结果表明,疲劳/蠕变复合作用下的变形方式有晶内滑移、孪生和晶界滑动,其失效方式因显微组织而不同。沿晶裂纹源于晶界滑动在三叉点处产生的W型裂纹和晶界局部形变区,其扩展机制为空洞的形核、聚集长大和相互连接;穿晶裂纹源于晶内形变损伤区,其扩展机制为沿滑移面的剪切断裂。     

高温低周疲劳损伤对FGH96合金力学性能影响的实验研究

通过设计FGH96粉末高温合金的高温低周疲劳试验和高温单轴拉伸试验,研究了不同应力水平下高温低周疲劳损伤对合金力学性能的影响,结合对断口形貌的观察和成分分析,分析了合金力学性能改变的微观机理。结果表明,受疲劳载荷作用期间位错运动的影响,合金的屈服强度、抗拉强度在损伤前期表现出上升的趋势;损伤后期,随着材料内部裂纹的不断增多及扩展,合金的弹性模量、抗拉强度不断退化。合金力学性能的变化与疲劳加载的应力水平表现出明显的相关性。断口显微组织分析表明,随着损伤程度的增加,合金高温拉伸断裂模式由韧性逐渐向脆性转变,高温氧化加速了断裂模式的转变。     

6063铝合金韧性断裂机制的研究

设计可实现不同应力状态的原位拉伸试样,在SEM下进行原位拉伸试验,对断裂过程做了详细的研究和分析.试验表明,不同应力状态下的试样表面在拉伸过程中都产生了大量的滑移带,但其韧性断裂机制不同.随着三轴应力度的降低,断裂从韧窝剪切机制向纯剪切断裂机制过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6063铝合金的晶界最薄弱,微裂纹形核于晶界,随载荷增大,微裂纹之间通过扩展或剪切连接导致试样断裂;试样最小截面上的三轴应力度越小,试样断口的两个面上韧窝的取向越明显,而且断口越光滑.