超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能影响

为了研究超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能的影响,对标准热处理的DD6合金进行1200℃/1 h、1200℃/50 MPa/1 h 2种条件高温短时热处理以模拟超温过程。采用SEM观察标准热处理、1200℃/1 h、1200℃/50 MPa/1h条件下的合金组织,在旋转弯曲疲劳试验机上测试了上述3种条件合金的高周疲劳性能。结果表明:1200℃/1 h的超温使DD6合金的γ'相尺寸稍微增大,立方化及均匀化程度明显降低,基体通道区域析出少量细小二次γ'相,γ/γ'相界面出现锯齿化现象;1200℃/50 MPa/1 h的超温使DD6合金γ'相尺寸增大,立方化及均化化程度明显降低,基体通道显著变宽,基体通道区域析出大量细小二次γ'相,γ'相产生了轻微的定向粗化;1200℃/1 h的超温使合金高周疲劳性能降低,1200℃/50 MPa/1 h的超温的合金高周疲劳性能与标准热处理合金的相当,合金800℃条件下的疲劳断口呈类解离断裂特征。     

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。     

喷丸对DD6单晶高温合金拉伸性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线(X-ray)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究铸钢丸喷丸对第二代单晶高温合金DD6在500,600,650℃拉伸性能的影响。结果表明:500,600,650℃时,喷丸对DD6合金抗拉强度影响不大,略微提高屈服强度,显著降低伸长率和断面收缩率。喷丸DD6合金在流变应力上升到最高点后断裂,试样拉伸断裂后的横截面为圆形;未喷丸DD6合金拉伸曲线呈现双重阶段特征,试样拉伸断裂后的横截面为椭圆形。     

再结晶对DD6单晶高温合金轴向高周疲劳性能的影响

为了研究再结晶对二代单晶高温合金DD6高周疲劳性能的影响,对标准热处理的DD6合金进行表面吹砂处理,然后分别在1120℃和1315℃保温4h,以获得不同类型的再结晶组织。在疲劳试验机上分别测试了光滑和含再结晶的DD6合金试样在1070℃的轴向高周疲劳寿命。采用SEM观察DD6合金再结晶组织及疲劳断口。结果表明:胞状再结晶和等轴再结晶降低了DD6合金的轴向高周疲劳性能,胞状再结晶作用小于等轴再结晶;含再结晶的DD6合金试样的轴向高周疲劳断裂机制为类解理断裂和枝晶间的局部韧窝断裂共存的混合断裂;再结晶使DD6合金试样变为多源疲劳断裂。高温条件下,再结晶晶界的存在加快合金试样的氧化损伤,显著缩短早期疲劳裂纹的萌生和扩展时间,降低合金的轴向高周疲劳性能。     

DD6单晶高温合金导向叶片定向凝固过程数值模拟

建立涡轮导向叶片三维实体模型,采用有限元软件ProCAST对DD6单晶高温合金导向叶片凝固过程温度场进行数值模拟;测试DD6单晶高温合金导向叶片不同位置凝固过程的温度变化.结果表明:数值模拟结果与实测结果偏差小于5％,吻合良好;导向叶片叶身的温度梯度大部分保持在25～45℃/cm范围内,缘板处温度梯度约为35℃/cm,...     

DD6单晶高温合金初熔组织演变机制研究

分析第二代单晶高温合金DD6在略高于固溶热处理窗口的温度1 330 ℃下保温的初熔组织演变。结果表明:保温0.5 h后，枝晶间发生明显初熔，并大量形成典型初熔组织，部分初熔组织中心形成显微孔洞；随保温时间延长，初熔逐渐消退并演变为正常合金组织；保温8 h后，初熔组织完全消失，仅留下初熔形成的微孔。应用热力学、动力学计算分析试验结果可知:DD6合金在铸态下枝晶偏析显著，枝晶间固相线温度明显低于枝晶干，在略高于枝晶间固相线的温度下保温，初始阶段枝晶间发生初熔；继续保温，元素均匀化程度改善，枝晶间固相线温度升高，初熔组织逐渐消退，最终演变为正常合金组织。     

DD6单晶精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟

针对单晶高温合金精铸薄壁试样制备困难的问题,建立了薄壁板形试样的有限元模型,采用ProCAST数值模拟的方法模拟DD6单晶精铸薄壁板形试样的定向凝固过程,研究了几何形状和工艺参数对定向凝固过程中温度场、温度梯度场及糊状区的影响。结果表明:薄壁板形试样中间部位工作端的温度梯度在60~65℃/cm范围内,糊状区固相线较为平直,液相线的位置在近炉壁一侧较低,远炉壁一侧较高。几何形状对单晶高温合金试样定向凝固过程有重要影响,提高浇注温度或降低抽拉速率有助于薄壁板形试样固液界面前沿液相温度梯度增大、糊状区宽度减小。单晶高温合金精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟结果与实际浇注结果吻合,凝固过程数值模拟为单晶精铸薄壁试样的制备提供了技术支持。     

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。