K403合金高压导向叶片的组织及热疲劳机理分析

为了加快验证新工艺制造的K403合金高压导向叶片的可靠性，采用热冲击试验模拟叶片实际服役环境，分析了热冲击前后叶片的微观组织及热疲劳裂纹的萌生及扩展机理。研究结果表明，高压导向叶片经过781次热冲击后，枝晶的二次枝晶间距明显增加，γ基体通道变宽，γ′相含量由53%降低至45.1%。疲劳裂纹不仅从叶片表面应力集中部位萌生，叶身内部大块碳化物由于冷热循环作用而破裂也可形成裂纹源。疲劳裂纹扩展速率在热冲击中前期由于热应力得到释放从而逐渐减慢，在热冲击试验的中后期由于γ′强化相逐渐减少，使得裂纹扩展阻力减少，裂纹扩展速率加快。     

不同服役温度时间下IC10高温合金组织演变研究

在由于尺寸超差等因素报废的IC10高温合金叶片上进行取样，研究不同服役温度、时间对IC10叶片组织的影响规律以及对显微硬度的影响。结果表明:随热暴露温度和时间的增加，合金中二次γ′相的体积分数逐步降低，在1 120 ℃时，二次γ′相明显球化，体积分数开始显著降低，至1 200 ℃时，短时热暴露（40 h）二次γ′相的体积分数降低至12.96%，说明服役温度、时间对IC10合金的组织有着显著影响；经过热暴露实验后的IC10叶片硬度为HV 354.57～407.28 ，1 050 ℃时，由于基体强度的弱化，试样的硬度低于标准热处理态，随后二次γ′相开始回溶，1 200 ℃之后二次γ′相基本回溶，此时组织为更为均匀细小的三次γ′相，硬度反而升高。     

某燃气轮机涡轮叶片长期服役后的微观组织与性能

研究了服役45 000 h后的燃气轮机叶片不同部位微观组织与持久性能的退化行为。试验结果表明:长时服役后,叶片榫齿部位的微观组织未发生明显的退化损伤,叶片叶尖部位的微观组织则发生明显的退化,其中MC型碳化物发生退化分解,立方状γ′相退化成粗大的球状γ′相。长时服役后,叶片的硬度没有发生明显的变化,而蠕变持久性能明显降低,该燃气轮机叶片在850 ℃下10⁵ h的外推持久强度降低至66.72 MPa。     

循环条件对金属陶瓷热冲击疲劳的影响

研究了循环条件对40％Ni－Ti（C,N）金属陶瓷热冲击疲劳的影响。结果表明,循环条件对金属陶瓷热冲击疲劳有很大影响。随循环温度和冷却速率的增加,裂纹形核的孕育期缩短,裂纹扩展速率增加。扫描电镜观察发现,断口形貌中存在疲劳条纹。     

重型燃气轮机透平GTD111叶片长期服役后微观组织与性能退化行为（英文）

研究了某重型燃气轮机透平第一级GTD111动叶片经长期服役后的微观组织和力学性能演变行为。结果表明,服役叶片的微观组织主要由γ基体、2种尺寸的γ′相、γ+γ′共晶及MC型碳化物组成。叶片的微观组织退化与其结构特性密切相关。叶片前缘和中部区微观组织退化程度相对较轻,而叶片后缘区微观组织退化更为严重。在室温下,叶片前缘区抗拉强度明显高于尾缘区,然而在982℃下不同区域的抗拉强度相差不大,可能与高温下的变形机制不同有关。     

K417G服役涡轮导向叶片的组织性能及热疲劳损伤机理分析

对服役后低压涡轮导向叶片的组织性能及热疲劳行为进行了系统研究,结果表明,K417G合金在服役后组织发生明显的弱化,γ'相的网状组织长大、粗化严重高温拉伸与室温拉伸试验结果的对比表明,K417G合金在高温下力学性能出现大幅降低,这主要是由于合金内析出相之间的相界面和晶界在高温下成为合金的薄弱环节,易成为裂纹的起源位置,从而降低了强度,断裂方式也从室温下的韧性断裂逐渐转变为沿晶特征的脆性断裂;叶片在热疲劳应力作用下表面的涂层发生开裂、脱落,基体合金被氧化,氧化物在应力作用下开裂、脱落而形成疲劳裂纹源;热疲劳试验数据的拟合结果表明随着温度循环周次的增加,裂纹扩展速率呈减小的趋势,这是由于随循环周次的增加,二次裂纹出现并生长,释放了热应力,从而降低了裂纹扩展速率。     

多组织因素对GH4738合金裂纹扩展速率的交互影响

提出了一种可以综合反映多组织因素对GH4738合金疲劳裂纹扩展速率影响的多组织因素交互影响方程,并利用不同的热处理制度设计了具有不同组织特征的试样.测定了经不同热处理制度后GH4738合金在650℃下的疲劳裂纹扩展速率.利用该方程分析了GH4738合金晶粒尺寸、碳化物及γ′相尺寸对疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,多组织因素交互影响方程能很好地定量描述各组织因素对GH4738合金疲劳裂纹扩展速率的影响及其综合影响.增大晶粒尺寸、降低γ′相及碳化物尺寸均可降低GH4738合金疲劳裂纹扩展速率,并且晶粒尺寸对GH4738合金的裂纹扩展速率的影响程度要高于γ′相尺寸及碳化物尺寸.     

定向凝固DZ38G合金热疲劳性能和组织结构的研究

本文研究了定向凝固DZ38G合金热疲劳性能及其组织结构的变化,并与其原型合金M38G对比.由于DZ38G合金消除了横向晶界和弹性模量低等原因,抗热疲劳性能有很大提高.热疲劳裂纹一般萌生在晶界或相界面,沿着枝晶间或晶界扩展,有时裂纹也沿着一定晶体学方向传播.合金经热疲劳后,晶界碳化物增多,γ′形态发生变化,并观察到裂纹两侧存在γ′相贫化和再结晶现象.     

K418合金显微组织及其增压器涡轮叶片热裂的研究

针对K418合金增压器涡轮叶片的热裂问题进行了研究。采用光学显微镜和扫描电镜分析了Al、Ti含量对K418合金显微组织的影响。利用Thermo-Calc热力学软件计算了K418合金中可能析出的平衡相,并分析了Al、Ti含量变化对平衡相的影响。结果表明:Al、Ti含量增加后,K418合金的显微组织发生了明显变化,γ′的尺寸增大且形状多样化,(γ+γ′)共晶增多,导致裂纹优先产生和扩展的部位增多;热裂为枝晶组织断裂,热裂纹在枝晶间产生和扩展;Al、Ti含量的增加均提高了γ′的析出温度和析出量,Al的影响尤为明显;Al、Ti含量增加后,均扩大了合金的有效结晶温度范围,导致涡轮叶片产生热裂。     

铸造高温合金涡轮叶片热冲击疲劳行为研究

为了研究不同材料涡轮叶片热冲击疲劳性能,采用感应加热热冲击试验装置对三种铸造高温合金涡轮叶片进行了试验研究。利用光学相机、视频显微镜和扫描电子显微镜对叶片表面裂纹形貌、叶片横截面和断口形貌进行观察。结果表明：单晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命长于定向晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命。定向晶涡轮叶片中添加Re元素延长了热冲击疲劳寿命。热冲击疲劳导致裂纹萌生于叶片中截面考核区并沿叶高方向扩展。裂纹的扩展方式与叶片合金成分及铸造工艺有关。     

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为

研究了氩气雾化制粉+热等静压工艺成型所制备的粉末高温合金FGH97在650℃下的疲劳裂纹扩展性能,并与俄制旋转电极制粉+热等静压工艺成型的EP741NP合金盘件进行对比;重点分析了不同制粉工艺、氧含量、晶粒度和γ'尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响。结果表明:氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的FGH97合金试验盘具有比俄制旋转电极制粉+热等静压工艺制备的EP741NP合金盘件更好的疲劳裂纹扩展抗力;分析发现晶粒度对氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的试验盘裂纹扩展性能影响较为明显,晶粒度越大,疲劳裂纹扩展速率越低;γ'相尺寸的影响次之,在一定范围内γ'相尺寸增大,疲劳裂纹扩展速率略为降低;而氧含量在100～150μg/g范围内对疲劳裂纹扩展性能无显著影响。     

新型抗热腐蚀镍基高温合金K44的高温低周疲劳行为

研究了K44合金900℃低周疲劳性能和断裂行为。研究结果表明,该合金在循环形变过程中,首先表现出起始循环硬化或软化,随后循环稳定及最终失稳断裂三阶段。高应变幅下位错切割γ′相形成层错,降低变形阻力,合金表现出循环软化行为;低应变幅下位错在γ′相前塞积造成位错可动性降低,合金表现出循环硬化行为。疲劳裂纹主要萌生于试样表面或近表面缺陷处,以穿晶方式扩展;合金基体中块状碳化物对裂纹扩展起阻滞作用。     

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为的研究

本文研究了氩气雾化制粉+热等静压工艺成型所制备的粉末高温合金FGH97在650℃下的疲劳裂纹扩展性能,并与俄制旋转电极制粉+热等静压工艺成型的EP741NP合金盘件进行对比；重点分析了不同制粉工艺、氧含量、晶粒度、γ"尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响。结果表明：氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的FGH97合金试验盘具有比俄制旋转电极制粉+热等静压工艺制备的EP741NP合金盘件更好的疲劳裂纹扩展抗力；分析发现晶粒度对氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的试验盘裂纹扩展性能影响较为明显,晶粒度越大,疲劳裂纹扩展速率越低；γ"相尺寸的影响次之,在一定范围内γ"相尺寸增大,疲劳裂纹扩展速率略为降低；而氧含量在100~150ppm范围内对疲劳裂纹扩展性能无显著影响。     

热等静压温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对FGH95合金进行不同温度的热等静压处理、组织形貌观察及持久性能测试,研究热等静压温度对合金组织结构与持久性能的影响。结果表明:在低于γ′相溶解温度进行热等静压时,粗大γ′相沿颗粒边界区域不连续分布;随热等静压温度的升高,合金中一次粗大γ′相的数量、尺寸逐渐减小,经1 140℃固溶处理后,晶粒尺寸无明显变化;合金经1 180℃热等静压及完全热处理后,粗大γ′相完全溶解及γ′相贫化区消失,晶粒尺寸明显长大,γ′相和细小碳化物沿晶界及晶内弥散析出,因而合金具有较好的持久性能;合金在持久性能测试期间的变形机制是位错在基体中滑移及剪切γ′相。     

析出相特征对GH4720Li合金疲劳性能的影响

本文对不同温度固溶热处理的GH4720Li合金进行系列疲劳实验,研究合金析出相特征与疲劳性能的关联性。结果表明：固溶温度在1080℃~1120℃,合金中一次γ′相体积分数高,近球形的三次γ′相尺寸逐渐长大,晶粒组织细小、均匀,位错滑移主要是切过和绕过球形的γ′相并留下细小的滑移带,说明γ′析出相可以有效阻碍滑移带的扩展,合金疲劳性能较好;在1140℃,一次γ′相不均匀回溶,合金出现明显的混晶组织,三次γ′相形貌逐渐转变为方形,相互平行的滑移带尺寸明显增大,此时材料内部已发生较大程度的变形,材料的抗疲劳性能降低;在1180℃,一次γ′相完全回溶,合金产生粗大的晶粒组织,滑移带相互交叉,并且穿过晶界,严重降低合金的疲劳抗性。     

回火温度对4Cr5MoSiV1钢和8407钢热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验方法,研究对比了不同回火温度对4Cr5MoSiV1、8407钢热疲劳性能的影响。观察分析了热疲劳裂纹形貌,采用热疲劳损伤因子定量地研究了两种钢的热疲劳过程,结果表明,两种钢的热疲劳裂纹萌生发生在冷热疲劳循环次数为100-200次之间,在1600次冷热循环前,二者的热疲劳损伤程度无明显的差别,在1600次冷热循环后,8407钢的热疲劳损伤程度低于4Cr5MoSiV1钢。在较低的回火温度条件下,8407钢的热疲劳抗力稍优于4Cr5MoSiV1钢。而在高温回火时8407钢的热疲劳抗力高于4Cr5MoSiVl钢。分析了这两种钢的热疲劳机制,指出决定材料热疲劳裂纹抗力的是钢的热稳定性和钢的强度或硬度。     

DD98M镍基单晶高温合金900℃高周疲劳行为

研究了无Re第二代单晶高温合金DD98M在900℃时的高周疲劳性能.结果表明:该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小,且缺口降低了合金的疲劳强度和疲劳寿命,900℃时光滑和缺口试样的疲劳强度分别为574和360 MPa;利用扫描电镜(SEM)观察疲劳试样的断口形貌,发现缺口试样为多裂纹源断裂,裂纹主要萌生于缺口根部应力集中区域,而光滑试样为单一裂纹源断裂,裂纹源起始于试样表面、次表面疏松处或碳化物处;利用透射电镜(TEM)观察疲劳变形后的位错组态,发现光滑试样中主要以基体通道中的位错滑移为主,高应力水平下会出现位错对切割γ′相,而缺口高周疲劳在高应力下主要变形机制为不全位错切割γ′相形成层错.     

铸造Ni_3Al基合金疲劳裂纹扩展的电镜断口观察

本文研究了微量元素硼、锆和钛等对铸造Ni_3Al基合金疲劳行为的影响,并用S360扫描电镜观察其循环形变(滑移),疲劳裂纹萌生和扩展特征,以及研究γ′(Ni_3Al)相(包括γ′+γ共晶小大,分布)和γ′+γ/γ相界而,Ni_3Al多晶体晶界和缺陷淀对疲劳裂纹生长的影响。     

脉冲电流处理对新型热作模具钢热疲劳裂纹扩展的影响

采用自约束热疲劳试验法,研究了新型热作模具钢在热疲劳裂纹萌生阶段施加脉冲电流处理后的热疲劳裂纹扩展情况。结果表明:在热疲劳裂纹萌生的不同时机施加脉冲电流,对热疲劳裂纹扩展的影响效果存在明显差别。其中在热疲劳初始循环300次后再施加脉冲电流,效果较为显著,此时热疲劳裂纹细小,且均匀,裂纹扩展的速度较慢,横截面的显微硬度梯度下降也较慢。     

GH4096合金在长期热暴露过程中的组织演化

基于粉末冶金René88DT合金的成分,采用新型定向凝固铸锭变形工艺研制了GH4096合金,并研究了其固溶时效热处理后在700~900 ℃长期热暴露过程中γ′相的粗化和晶界析出相的析出行为。结果表明:GH4096合金在700 ℃热暴露时具有良好的组织稳定性,晶内γ′相的尺寸稳定在70 nm左右,未发现明显的长大行为,晶界上未发现析出相;750 ℃热暴露500 h以上时,二次γ′相开始出现聚集长大现象,晶界开始出现不连续析出相,但γ′相的长大速度和晶界析出相的析出速度均比较低;800 ℃以上长期热暴露时,γ′相的粗化速度和晶界析出相的析出长大速度明显加快。长期热暴露后晶内二次γ′相的尺寸与Larsen-Miller参数近似呈线性关系,晶界析出相以M₃B₂和μ相为主。