EFFECT OF WAVY GRAIN BOUNDARY ON CREEP FRACTURE BEHAVIOUR IN ASTROLOY ALLOY

Astroloy合金中弯曲晶界显著改善了材料的蠕变持久塑性和蠕变裂纹生长抗力。通过尖切口根处蠕变裂纹形成寿命分析与试验比较,证实蠕变J~*积分是控制尖切口(和裂纹)场的有效参量。据此由线性损伤模型和HRR奇异性结合,导出与直晶和弯晶试验结果吻合良好的蠕变裂纹扩展速率表达式: da/dt=Be~(k/n+1)D(x_0)J~(*kn/n+1) 从晶界孔洞形成角度讨论了弯曲晶界蠕变损伤的微观机制。     

EFFECT OF CREEP FRACTURE TOUGHNESS ON CRACK INITIATION AND GROWTH

本文研究了蠕变断裂韧性对二种低合金耐热钢蠕变裂纹开裂和扩展的影响。试验表明:随着蠕变断裂韧性提高,抗蠕变裂纹开裂和扩展能力增加。材料呈韧性或脆性状态时,蠕变裂纹萌生和扩展过程不同。韧性状态时,裂纹为穿晶和晶界二种混合形式:穿晶裂纹可在晶内碳化物处发生,或在晶界上形核后向晶内扩展,晶界裂纹仍是由晶界上空洞形成和相互连接而成,裂纹可沿晶界和晶内扩展,但不连续。脆性状态时,裂纹沿晶界发生,它是由晶界形成空洞和相互连接而成,扩展仅沿晶界发生。     

蠕变断裂韧性对裂纹开裂和扩展的影响

本文研究了蠕变断裂韧性对二种低合金耐热钢蠕变裂纹开裂和扩展的影响。试验表明:随着蠕变断裂韧性提高,抗蠕变裂纹开裂和扩展能力增加。材料呈韧性或脆性状态时,蠕变裂纹萌生和扩展过程不同。韧性状态时,裂纹为穿晶和晶界二种混合形式:穿晶裂纹可在晶内碳化物处发生,或在晶界上形核后向晶内扩展,晶界裂纹仍是由晶界上空洞形成和相互连接而成,裂纹可沿晶界和晶内扩展,但不连续。脆性状态时,裂纹沿晶界发生,它是由晶界形成空洞和相互连接而成,扩展仅沿晶界发生。     

弯曲晶界对10Cr-15Co-Ni基变形高温合金蠕变断裂的影响

应用两种热处理制度分别获得弯曲晶界和平直晶界,研究两种晶界状态对10Cr-15Co-Ni基变形高温合金蠕变断裂过程的影响,重点探讨弯曲晶界改善合金热强性原因。研究表明,弯曲晶界对裂纹的萌生、长大及扩展,对裂纹的形态及断裂方式,都有显著的影响。弯曲晶界能有力地阻止晶界滑动及推迟裂纹连接,使晶内参与更多的变形,弯晶的主要作用体现在蠕变第三阶段。合金经弯晶处理后蠕变断裂寿命提高26％。     

EFFECT OF ZIGZAG GRAIN BOUNDARY ON CREEP RUPTURE OF A 10Cr-15Co-Ni-BASE WROUGHT SUPERALLOY

应用两种热处理制度分别获得弯曲晶界和平直晶界,研究两种晶界状态对10Cr-15Co-Ni基变形高温合金蠕变断裂过程的影响,重点探讨弯曲晶界改善合金热强性原因。研究表明,弯曲晶界对裂纹的萌生、长大及扩展,对裂纹的形态及断裂方式,都有显著的影响。弯曲晶界能有力地阻止晶界滑动及推迟裂纹连接,使晶内参与更多的变形,弯晶的主要作用体现在蠕变第三阶段。合金经弯晶处理后蠕变断裂寿命提高26％。     

一种GH4169G合金的组织与蠕变行为

通过对等温锻造GH4169G合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了GH4169G合金的组织结构及蠕变行为。结果表明:经等温锻造和直接时效后,GH4169G合金晶粒具有不均匀特征,且在晶内存在孪晶,并有粒状δ相在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度。经不同条件蠕变性能测试后,根据稳态蠕变期间的应变速率,测定出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=532.7 kJ/mol和n=12.1。合金在蠕变期间的变形特征是不同取向的孪晶变形和位错滑移,随蠕变进行,形变位错密度增加,且在晶界附近发生位错堆积,并产生应力集中,致使微裂纹在晶界处萌生及扩展,直至蠕变后期发生沿晶断裂。     

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。     

DZ125镍基合金的显微组织与蠕变行为

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究DZ125合金的高温蠕变行为。结果表明:经完全热处理后,合金在枝晶干/间区域存在明显的组织不均匀性,粗大γ′相存在于枝晶问,细小γ′相存在于枝晶干。蠕变初期合金中γ′相已转变成筏状结构,稳态蠕变期间合金的变形机制是位错攀移越过γ′相,其中,位错攀移期间,易形成位错的割阶,空位的形成和扩散是位错攀移的控制环节。而蠕变后期合金的变形机制是位错在基体中滑移和剪切进入筏状γ′相。在高温蠕变后期,合金中裂纹首先在晶界处萌生与扩展,且不同形态晶界具有不同的损伤特征,其中,沿应力轴成45°角晶界承受蠕变损伤的较大剪切应力可使其发生较大几率的蠕变损伤;而加入的元素Hf促进细小粒状相沿晶界的析出,可抑制晶界滑移,提高晶界强度,是合金蠕变断裂后晶界呈现非光滑表面的主要原因。     

新型Cr18Ni9NbTiN奥氏体不锈钢的高温蠕变行为

采用RDL100型电子高温蠕变试验机测试了新型Cr18Ni9NbTiN奥氏体不锈钢在650 ℃不同应力下的蠕变性能。利用SEM、TEM及EDS等观察分析了220 MPa下不同蠕变阶段的组织形貌。结果表明,蠕变初期,晶内位错密度急剧增加,位错发生缠结,晶内有细小的NbN相弥散析出;稳态蠕变阶段,位错形成网状结构,晶内有TiN颗粒析出,链状(Cr, Fe)23C6沿晶界析出,位错网和析出的第二相共同降低了位错可动性,改善了合金抗蠕变性能;加速蠕变阶段,大量扩展位错出现,延长了蠕变寿命。Cr18Ni9NbTiN钢蠕变断裂属于沿晶脆性断裂,晶界处发现部分(Cr, Fe)23C6剥落,三叉晶界处发现楔形裂纹。     

20Cr11MoVNbNB钢蠕变孔洞及蠕变裂纹的研究

研究了２０Ｃｒ１１ＭｏＶＮｂＮＢ马氏体热强钢在５５０－６５０℃范围内蠕变孔洞的形成及蠕变裂纹的发展。发现蠕变孔洞主要在原奥氏体晶界和原板条马氏体边界上的淬火未溶大颗粒Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）及Ｍ２３Ｃ６碳化物处形成，孔洞在原奥氏体晶界形成倾向不占优势；蠕变裂纹沿垂直应力方向横窗原奥氏体晶界及原板条马氏体边界向晶内扩展，最终导致穿晶断裂。     

GH720Li镍基高温合金蠕变-疲劳试验研究

对先进航空发动机涡轮盘的典型材料镍基高温合金GH720Li的蠕变-疲劳特性进行了试验研究。通过对真实涡轮盘上取样的圆棒试验件,开展了650℃不同保持时间下的GH720Li合金蠕变-疲劳试验。结果表明,650℃下保持时间对GH720Li合金的蠕变-疲劳特性影响较大,即,在较长的保持时间(30 min)下,蠕变损伤占主导地位,降低了材料的蠕变-疲劳寿命。SEM断口分析表明:随着保持时间的增加,裂纹形成区由穿晶和沿晶混合断裂向沿晶断裂转化;裂纹扩展区由穿晶断裂向穿晶、沿晶的混合模式转化。最后,基于GH720Li合金的蠕变-疲劳试验数据,分别选取载荷谱转换法和机械功密度法进行GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测,并研究了2种模型的工程适用性。     

TiAl-Nb合金在近750℃温度区间的蠕变行为

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了铸态TiAl-Nb合金在近750℃施加不同应力条件下的蠕变损伤行为。结果表明,合金的组织由不同取向的层片状γ/α_2两相组成,不同取向层片状组织的晶界为单一γ相。铸态合金在(750℃,300 MPa)蠕变期间的变形机制是位错和孪晶,且位错在层片状γ/α_2两相及孪晶中滑移。随蠕变进行,激活的位错数量增加,当蠕变位错与位错网相遇,可改变位错的运动方向,促进发生位错攀移,减缓应力集中。在蠕变后期,大量位错在近相界区域塞积,引起应力集中,可致使裂纹沿垂直于应力轴的层片状γ/α_2两相界面萌生与扩展,当不同横断面的裂纹通过撕裂棱相互连接,直至发生断裂,是合金在近750℃蠕变期间的损伤与断裂机制。     

制备工艺对GH4169合金组织结构与蠕变行为的影响

通过对等温锻造和热连轧工艺制备的GH4169合金进行蠕变性能测试和组织形貌观察,研究制备工艺对GH4169合金组织结构及蠕变行为的影响.结果表明:在热连轧期间,合金发生孪晶变形和位错滑移;与等温锻造相比,热连轧合金中的高密度位错具有形变强化的作用,可提高合金的蠕变抗力.在蠕变期间,等温锻造合金仅发生孪晶变形,而热连轧合金的变形机制是孪晶和位错滑移,其中,合金在热连轧期间形成的高密度位错可诱发蠕变位错发生单取向或多取向滑移,可减缓应力集中,抑制或延缓裂纹在晶界处萌生是使该合金具有较长蠕变寿命的主要原因.蠕变后期,裂纹在与应力轴垂直的晶界处萌生,并沿晶界扩展、发生解理断裂是2种工艺制备合金的蠕变断裂机制.     

EFFECT OF Mg ON CREEP BEHAVIOR OF A Ni-BASE SUPERALLOY

镍基高温合金中添加适量Mg使γ′相得到强化,从而降低稳态蠕变速率。部分Mg富集于晶界,提高晶界断裂能,延缓裂纹的产生和发展,延长了蠕变第二、第三阶段的寿命。适量添加Mg使晶界和晶内变形协调良好,提高蠕变塑性,并且使蠕变断裂从楔形裂纹为主的机制转变为空洞裂纹为主的机制。     

镁对一种镍基高温合金蠕变性能的影响

镍基高温合金中添加适量Mg使γ′相得到强化,从而降低稳态蠕变速率。部分Mg富集于晶界,提高晶界断裂能,延缓裂纹的产生和发展,延长了蠕变第二、第三阶段的寿命。适量添加Mg使晶界和晶内变形协调良好,提高蠕变塑性,并且使蠕变断裂从楔形裂纹为主的机制转变为空洞裂纹为主的机制。     

HR3C耐热钢在高温蠕变过程中微观组织演变分析

利用OM、XRD、EDS和TEM对高温蠕变试验后的HR3C耐热钢试样的微观组织、析出相和裂纹进行了研究。结果表明:HR3C奥氏体耐热钢原始奥氏体组织中分布有细小、弥散的CrNbN第二相;在700℃高温蠕变试验中,随着试验时间的延长,HR3C耐热钢中将不断从奥氏体晶界析出大量的(Fe,Cr)_(23)C_6相;当应力大于110 MPa时,应力大小是影响高温蠕变试验中试样断裂的主要因素,断裂方式属于穿晶断裂,而应力小于110 MPa时,引起HR3C断裂的主要因素是沿晶析出的(Fe,Cr)_(23)C_6析出相,断口属于沿晶断裂;当表面具有较多数量大尺寸晶粒与小尺寸晶粒配合时,有利于抑制裂纹的萌生和扩展,提高HR3C耐热钢的高温蠕变寿命。     

超临界机组P91管道焊接接头IV型蠕变断裂分析

采用宏观检查、金相组织检验、硬度检查、断口观察和能谱分析等手段对发生泄漏的超临界机组P91管道焊接接头失效原因进行分析。检验结果表明,长期高温运行使管道焊接接头细晶区大量(Fe、Cr、Mo)_(23)C_6相在晶界位置析出,大大减弱沉淀强化作用,并促进细晶区蠕变孔洞形成,孔洞聚集成孔洞链,形成微裂纹,最终造成P91管道焊接接头IV型蠕变断裂。     

INFLUENCE OF RE ADDITION ON CREEP-RUPTURE BEHAVIOUR OF A CrNi AUSTENITIC STEEL

研究了添加0.15％混合稀土对Cr18Ni18Si2奥氏体不锈钢高温蠕变断裂强度、塑性及断裂机制的影响。蠕变试验结果表明:含有稀土的Cr18Ni18Si2钢在650—750℃不同应力下的蠕变断裂时间比未加稀土的钢延长约1—4倍,700℃1000h的蠕变断裂应力增加约2kgf/mm~2,断裂塑性增加0.2—2倍,蠕变裂纹及断口的金相和扫描电镜观测结果表明:稀土有强化Cr18Ni18Si2钢晶界、改变断口形貌、阻碍晶界裂纹形成和扩展的作用。     

稀土元素对一种Cr-Ni奥氏体钢高温蠕变断裂行为的影响

研究了添加0.15％混合稀土对Cr18Ni18Si2奥氏体不锈钢高温蠕变断裂强度、塑性及断裂机制的影响。蠕变试验结果表明:含有稀土的Cr18Ni18Si2钢在650—750℃不同应力下的蠕变断裂时间比未加稀土的钢延长约1—4倍,700℃1000h的蠕变断裂应力增加约2kgf/mm~2,断裂塑性增加0.2—2倍,蠕变裂纹及断口的金相和扫描电镜观测结果表明:稀土有强化Cr18Ni18Si2钢晶界、改变断口形貌、阻碍晶界裂纹形成和扩展的作用。     

FGH95镍基合金的蠕变行为及影响因素

通过蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究FGH95合金的蠕变行为及影响因素。结果表明:经1150℃固溶和时效处理后,在晶界处有粗大γ′相不连续分布,其周围存在γ′相贫化区;经1165℃固溶和时效后,合金的晶粒尺寸明显长大,并在晶界形成连续的碳化物膜;经1160℃固溶后,合金中无粗大γ′相,在晶内弥散析出细小γ′相,其中,有粒状(Nb,Ti)C相在晶内及沿晶界不连续析出,可提高合金的晶界强度,抑制晶界滑移,是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。蠕变期间,合金的变形机制是位错剪切或绕过γ′相,蠕变后期,在晶内发生单取向和双取向滑移,并引起应力集中,致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制。