取向偏离度对镍基单晶高温合金DD10低周疲劳行为的影响

本文研究了特定试验条件下,镍基单晶DD10取向偏离[001]的程度对其低周疲劳行为的影响。结果表明：取向偏离度对DD10合金的低周疲劳行为影响明显。疲劳寿命随取向偏离度的增加而明显降低,在同等偏离度下,晶体取向靠近[001]-[011]的合金低周寿命优于取向靠近[001]-[11]的合金;分析发现：不同取向偏离度合金DD10低周疲劳寿命的差异源于其每循环周次的可累计塑性变形的差异。另一方面,取向偏离度对疲劳总应力幅和塑性应变幅的影响却截然相反,但对疲劳裂纹萌生和扩展方式影响不大。     

第二代单晶高温合金高周疲劳行为研究

研究了[001]取向第二代单晶高温合金(DD6和DD5)在760和980℃条件下的高周疲劳行为,并对比分析了DD6与DD5合金的高周疲劳性能。结果表明:DD6合金高周疲劳性能优异,760和980℃条件下10~7 cyc疲劳极限分别为414和403 MPa;2种合金的高周疲劳断裂机制均为类解理断裂;应力幅较低时,位错以弓出和交滑移的方式在γ基体通道中滑移;应力幅升高时,出现位错对剪切γ'相。DD5合金C含量是DD6合金的8倍,使其碳化物含量远高于DD6合金,且二者碳化物形态存在显著差异;在DD5合金疲劳断裂过程中,碳化物既是二次裂纹的萌生位置,又是裂纹的扩展通道,显著加快了疲劳裂纹扩展速率,明显降低了合金的高周疲劳性能。     

不同疲劳热环境下GH4169高温合金形变行为研究

以镍基高温合金GH4169为对象,研究了600℃时不同取向的3种镍基单晶合金在不同低周疲劳下的循环变形行为,采用计算机软件对试验数据进行拟合分析。结果表明,3种取向[001]、[011]和[111]的镍基单晶合金,在不同总应变幅下的硬化曲线均在高总应变幅时表现为循环硬化,在低总应变幅时为循环稳定的特征;[001]取向的合金在0.6%总应变幅下的应力-应变为线性关系,显示出弹性变形的特点;在0.85%总应变幅下发生塑性变形;当总应变幅增加到1%时,可以观察到合金中位错缠结,且位错密度明显增大。     

<111>取向小角偏离对一种镍基单晶高温合金蠕变性能的影响

采用籽晶法制备偏离111取向不同角度的镍基单晶高温合金试样。研究了合金在760℃、650 MPa下小角偏离对蠕变性能的影响。结果表明,111取向附近合金的蠕变性能具有显著的小角偏离敏感性。偏离角度较小的111取向合金试样的蠕变寿命最长,蠕变过程中位错主要分布在γ通道内,随着取向偏离度增加,合金的蠕变寿命显著下降。且沿着[-111]-[011]边界偏离时蠕变寿命相对于沿着[-111]-[001]边界偏离下降更快。近111取向合金都表现出了较弱的加工硬化,但沿着[-111]-[001]边界偏离的样品,其初期蠕变速率相对较低,对应着较长的蠕变孕育期。进一步分析表明,[-111]-[011]边界对应着{111}110滑移系的共面双滑移取向,在蠕变初期就产生较高的蠕变速率,随着取向偏离度增加{111}112滑移系的Schmid因子迅速增加,蠕变寿命显著下降。而沿着[-111]-[001]边界偏离试样蠕变孕育期的产生则是由于占主导地位的滑移系数量下降且具有相对较低的{111}110滑移系Schmid因子,导致位错无法在γ通道内迅速增殖并分解产生112位错,延缓了初期蠕变阶段的产生。     

喷丸强化DD6单晶合金低周疲劳寿命预测

目的 实现喷丸强化后DD6单晶合金低周疲劳寿命的准确预测。方法 开展了喷丸强化后DD6圆棒件低周疲劳试验,分析了喷丸强化对单晶合金疲劳寿命的影响机理。在此基础上,建立了各向异性材料喷丸强化工艺有限元模型,获取了喷丸强化所致残余应力分布与粗糙度。基于连续介质损伤力学,考虑残余应力与粗糙度对低周疲劳寿命的影响,建立了喷丸强化DD6单晶合金低周疲劳寿命预测模型。结果 喷丸强化后不同载荷下DD6单晶合金的低周疲劳寿命均得到提高,最大可提高108%;高温环境下残余应力松弛导致强化效果与试验温度成反比。喷丸强化工艺有限元模拟得到残余应力分布在试件表面深约130 μm的区域,表层残余应力为–380.16 MPa,应力集中系数为1.193,残余应力影响下的八面体Schmid应力幅值降低了10%左右。DD6低周疲劳试验结果在预测结果的2倍分散带以内。结论 喷丸强化可以有效提高DD6低周疲劳寿命,对低周疲劳寿命的影响机制为残余应力的引入与粗糙度的改变。所建立的喷丸强化单晶合金DD6低周疲劳寿命预测模型具有较好的准确性。     

应力比对单晶高温合金高周疲劳行为的影响

为了研究应力比对DD6单晶高温合金高周疲劳行为的影响,在轴向疲劳试验机上分别测试了DD6合金1070℃条件下应力比为-1、-0.33、0.1、0.5、0.8的疲劳性能,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察分析了不同应力比合金的断口形貌和显微组织。结果表明：DD6合金不同应力比条件下的疲劳寿命均随应力幅值和平均应力的增加而降低;当应力幅值恒定时,DD6合金疲劳寿命随着应力比的增大而降低;当平均应力恒定时,应力比R＜0.5条件下的疲劳寿命随着应力比的增大而增加,同时,当平均应力增大到一定程度时,应力比对合金的疲劳寿命无明显影响。DD6合金低应力比条件下的疲劳断裂模式为类解理断裂,该条件下高温氧化有助于疲劳裂纹的萌生和扩展;高应力比条件下的疲劳断裂模式为韧窝断裂;中等应力比条件下疲劳断裂模式具有类解理断裂和韧窝断裂同时存在的特征。     

小偏离度对[001]取向单晶高温合金蠕变性能的影响

用选晶法制备了[001]取向的Ni-Co-Cr-Mo-W-Al-Ti-Ta镍基单晶高温合金板坯,从板坯上切取偏离[001]取向一定角度的持久试样,偏离度在20°以内。在750℃/750 MPa的低温高应力条件下,偏离不同角度的试样均获得了较长的蠕变寿命和较低的应变量,进入稳态阶段之前不同偏离度试样之间的初始蠕变量具有一定的差别,但稳态阶段各试样的应变速率基本相同,所以偏离度对整个试样的蠕变寿命影响不大。各取向共同的变形特征是γ′相中形成大量层错,基体通道中有大量的位错堆积,但具体的位错及层错组态有所不同。在偏离[001]取向20°以内,偏离度对微观组织演化、变形机制的影响不明显。     

温度对镍基单晶高温合金SRR99持久各向异性行为的影响

为了揭示单晶高温合金SRR99在650-1040°C温度范围内及典型应力条件下的持久各向异性行为,采用扫描电镜和透射电镜对持久实验后试样的断口形貌和微观组织演化进行研究。从Larson-Miller曲线看出,在中低温条件下,[001]取向单晶具有最好的持久性能,而[011]和[111]取向的持久性能相差不大;随着温度的升高,3个主取向的持久性能的差异逐渐缩小,到1040°C时几乎相同。通过断口形貌和组织观察,分析[001]取向单晶持久性能较佳的原因,同时探讨取向偏离度对[001]取向单晶持久性能的影响。     

DD9单晶高温合金拉伸性能各向异性

采用OM,SEM和TEM研究了[001],[011]和[111]取向第三代单晶高温合金DD9组织,在拉伸试验机上测试了3种取向760和1100℃下的拉伸性能.结果表明,在垂直于晶体生长方向的截面上,[001],[011]和[111]取向DD9合金铸态枝晶形貌、热处理态γ'相形状不同;随着温度的升高,合金的抗拉强度与屈服强度降低,各向异性减弱;除1100℃下[001]取向屈服强度略低于[011]取向,[001]取向DD9合金抗拉强度与屈服强度分别高于[011]和[111]取向合金;[001],[011]和[111]取向DD9合金760℃下拉伸断口呈类解理特征,1100℃下断口为韧窝断裂特征;760℃下DD9拉伸试样在基体通道内含有浓密的位错,[001]取向在γ'相内出现了层错,1100℃下[001]与[111]取向在基体通道内和γ'相内累积了大量浓密的位错网,[011]取向出现了大量的形变孪晶带.     

小角度晶界对单晶高温合金高周疲劳性能的影响

用双籽晶法制备了带有9°小角度晶界的DD6单晶高温合金试板,研究了小角度晶界对合金700℃高周疲劳性能的影响,并与[001]取向合金的疲劳性能进行了对比分析,用扫描电镜和透射电镜分析了其断口形貌和断裂机制。结果表明,带有9°小角度晶界合金的高周疲劳极限比[001]取向合金的稍有降低。疲劳裂纹萌生于试样表面或亚表面,而不在晶界上形成。小角度晶界试样的疲劳断裂机制有两种情况,大部分试样为类解理断裂,其它试样为类解理与沿晶混合断裂。     

热处理对挤压变形Mg-7%Zn-0.6%Zr-0.5%Y合金低周疲劳行为的影响

对热挤压、时效处理(T5态)及固溶+时效处理(T6态)Mg-7%Zn-0.6%Zr-0.5%Y合金(质量分数)分别进行了低周疲劳实验,探讨了热处理对合金低周疲劳变形行为的影响.结果表明:时效处理和固溶+时效处理可提高热挤压Mg-7%Zn-0.6%Zr-0.5%Y合金的循环变形抗力;时效处理降低了合金的疲劳寿命,固溶+时效处理可以提高合金在较高外加总应变幅下的疲劳寿命,但降低合金在较低外加总应变幅下的低周疲劳寿命;不同状态合金的弹性应变幅和塑性应变幅与载荷反向周次的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式来描述;时效及固溶+时效处理过程中形成的长周期堆垛有序结构(LPSO相)是合金的循环变形抗力大幅提高的主要原因,而疲劳变形过程中形成的孪晶可能是时效态合金疲劳寿命降低的原因.     

吹砂对DD6单晶高温合金表面完整性和高周疲劳强度的影响EI北大核心CSCD

将标准热处理的试样分别采用粒径为150、124和100μm白刚玉砂在0.5 MPa压力下吹砂,研究吹砂对第二代单晶高温合金DD6表面完整性的影响;对未吹砂和粒径150μm吹砂试样分别进行760和980℃旋转弯曲高周疲劳性能测试,研究吹砂对DD6合金疲劳性能的影响。结果表明:吹砂会破坏单晶高温合金的表面完整性,使表面出现砂粒切削造成的不规则凹坑,改变表面形貌;砂粒粒径增加,表面粗糙度和显微硬度均增大;吹砂使大量位错在γ相通道中滑移,靠近表面区域位错密度较大;并且,大量位错剪切γ’相,形成反相畴界和层错;吹砂造成形变强化、引入残余应力;150μm、0.5 MPa吹砂对DD6合金760℃旋转弯曲疲劳性能基本无影响,但会降低合金980℃疲劳性能,对低应力幅区疲劳寿命影响较大,使疲劳强度下降约7.3%。缺口效应、氧化损伤、形变强化和残余压应力的耦合作用导致吹砂与不吹砂试样疲劳寿命产生差异。     

Low-Cycle Fatigue Behavior of a Nickel Base Single Crystal Superalloy at High Temperature

研究了2种高温条件下镍基单晶合金的低周疲劳行为。试验温度和总应变幅是影响合金低周疲劳寿命的2个主要因素,在相同温度下,低周疲劳寿命随应变幅的减小而增大;在同一应变幅下,870℃的疲劳寿命均小于760℃的疲劳寿命。二次细小y相有效阻碍了位错的滑移,提高了合金在760℃低周疲劳变形抗力,位错滑移带成为疲劳裂纹萌生及扩展的主要途径;870℃循环应力曲线前期出现短暂硬化和后期软化的现象,y’相逐渐粗化和高密度的位错缠结是循环软化的主要原因。局部应力集中与合金内微孔的交互作用是疲劳裂纹萌生的源头。     

一种镍基单晶合金高温低周疲劳行为研究(英文)

研究了2种高温条件下镍基单晶合金的低周疲劳行为。试验温度和总应变幅是影响合金低周疲劳寿命的2个主要因素,在相同温度下,低周疲劳寿命随应变幅的减小而增大;在同一应变幅下,870℃的疲劳寿命均小于760℃的疲劳寿命。二次细小y相有效阻碍了位错的滑移,提高了合金在760℃低周疲劳变形抗力,位错滑移带成为疲劳裂纹萌生及扩展的主要途径;870℃循环应力曲线前期出现短暂硬化和后期软化的现象,y'相逐渐粗化和高密度的位错缠结是循环软化的主要原因。局部应力集中与合金内微孔的交互作用是疲劳裂纹萌生的源头。     

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。     

一种镍基单晶高温合金的蠕变各向异性

分别制备了[001]和[011]取向的Ni-Co-Cr-Mo-w-Al-Ti-Ta镍基单晶高温合金试样.在750℃/750 MPa条件下,[001]取向合金的平均蠕变寿命叫显高于[011]取向合金,[011]取向合金延伸率稍高.在982℃/248 MPa条件下,[001]取向合金的平均蠕变寿命和延伸率均高于[011]取向合金,各向异性上要表现在加速蠕变阶段,但各向异性程度比低温高应力时显著降低.存高温低应力条件下,2种取向合金中γ'相均已形筏,[001]取向合金的筏化方向垂直于应力轴,而[011]取向合金的筏化方向与应力轴的夹角约为45°.γ'相形筏后,阻碍了位错运动,导致加工硬化,因此,γ'相筏化是各向异性程度降低的主要原因.在[011]取向合金的蠕变后期观察到挛品组织同时穿越γ和γ'相,导致试样塑性人幅度降低,迅速断裂.     

镍基单晶高温合金的小角度偏离[001]取向对蠕变性能的影响

小角度偏离[001]取向的镍基单晶高温合金的蠕变性能受温度、γ?尺寸的大小和应力条件的影响。本文综述了镍基单晶高温合金的[001]取向小角度偏离对蠕变性能的影响。不同程度的偏离引起的不同蠕变性能变化,源于不同的蠕变变形机制。不同的蠕变变形机制对应着引起蠕变率发生的不同临界应力。在中温(760℃-850℃),合金的蠕变性能对[001]取向的角度偏离很敏感,即使角度有一点变化也会引起蠕变性能的很大的差异,但是在温度高于850℃以上小角度的取向偏离对蠕变性能影响不大。γ?尺寸的大小对小角度偏离的合金的蠕变性能的影响受温度的制约。在中温,γ?尺寸的大小变化影响着不同的小角度偏离是否引起蠕变性能的变化,但是在高温γ? 相快速伐化,变形机制和γ?尺寸变化无关。     

激光粉末床熔融GH3536合金高温低周疲劳行为研究

激光粉末床熔融（L-PBF）技术在制备结构复杂合金上具有独特优势。研究了经热处理工艺改善的L-PBF成形GH3536合金的组织特征和855℃下的高温低周疲劳行为,揭示了热处理工艺对组织结构和疲劳性能的影响。结合多种疲劳寿命预测模型分析,深入探讨了L-PBF成形GH3536合金在不同应变幅下的疲劳损伤行为,对增材制造试样高温低周疲劳寿命预测和增材制造零部件的应用具有重要意义。     

应变波形对Inconel 625合金低周疲劳性能的影响

在650℃以及拉压对称三角波(TR)、慢拉快压锯齿波(ST)和快拉慢压锯齿波(FT)3种应变波形下对Inconel625合金进行了低周疲劳实验,研究了合金在不同应变波形下的低周疲劳变形与断裂行为。结果表明:3种应变波形加载条件下,合金在0.3%～0.7%的外加总应变幅下均呈现循环硬化,其中在ST下的循环应力幅最高;采用锯齿波形时,由于拉伸蠕变分量和压缩蠕变分量的引入造成合金的疲劳寿命缩短;此外,合金的循环应力和应变之间呈现单斜率线性关系,且其塑性应变幅与弹性应变幅和疲劳寿命之间亦呈线性关系。利用扫描电子显微镜对Inconel625合金在3种加载波形下的低周疲劳断口形貌进行观察,结果表明,Inconel 625合金的疲劳裂纹萌生和扩展均是以穿晶方式进行的。     

热暴露对表面预形变单晶合金组织和性能的影响

针对[001]取向的DD11单晶合金,在垂直于[001]方向进行2种强度的铸钢弹丸喷丸强化以引入表面预形变,采用电子背散射衍射(EBSD)、扫描电镜和硬度测试等方法研究了预形变后表层组织;后续不同温度热暴露完成后,采用扫描电镜和硬度计,研究了热暴露温度和预形变程度对表层组织和硬度梯度的共同影响;并且表征了喷丸+热暴露后单晶合金的高温疲劳性能。结果表明,单晶合金喷丸预形变后表面出现[110]和[111]取向的亚晶,同时出现表面应变硬化效果;随着形变程度的增大,亚晶取向角、旋转亚晶层深度和硬化效果也随之增大。随着热暴露温度升高,预形变表面形变组织呈现球化-零星不连续胞状组织-连续胞状组织-再结晶的动态回复过程,硬化效果也随之松弛;形变程度越大,开始出现动态回复过程的温度越低,但喷丸+1060℃/2 h热暴露并未观察到再结晶。相比磨削状态,喷丸+热暴露后,1060℃轴向疲劳寿命有所提高。1060℃/350 MPa/R=–1/轴向疲劳源呈现内部萌生为主源,表面为次源的状态。