Stacking Fault in γ’ Precipitate of Single Crystal Nickel Base Superalloy DD8 After Out-of-Phase Thermo-Mechanical Fatigue

对镍基单晶高温合金DD8在恒机械应变控制下的反位相（OP）热机械疲劳（TMF）实验后的微观结构进行了研究。结果表明，DD8单晶经过OP TEM后γ′沉淀相被Schockley不全位错剪切，而不是象在等温疲劳（IF）那样是被位错对剪切。经过分析得出，γ′沉淀相是被位错对还是Schockley不全位错剪切，在适当的温度下，与形变的速度和施加的应力大小有很大的关系。     

DD8单晶镍基高温合金热机械疲劳后γ/γ''''界面位错网产生内应力的计算

计算了DD8单晶镍基高温合金在同相(IP)和反相(OP)热机械疲劳(TMF)后γ／γ'相界面上产生的位错网的内 应力.结果表明:IP TMF条件下, γ／γ'相界面上产生的位错网可以释放掉大部分错配应力,同时因位错网的存在导致了γ' 沉淀相发生了明显的筏化现象. OP条件下产生的层错未造成基体内应力分布的不同,因此未发生γ'沉淀相的筏化.     

DD8单晶镍基高温合金热机械疲劳后的微观结构

透射电镜(TEM)观察表明、DD8单晶镍基高温合金经过热机械疲劳(TMF)后，在同位相(IP)和反位相(OP)加载的条件下，合金内部的位错组态和γ′沉淀相的形貌有很大的区别．在IP加载条件下，垂直应力轴的γ／γ′相界面上存在着密集的六角形位错网、平行应力轴的相界面上存在的是四边形的位错网，而且在小机械应变幅下，γ′相出现明显的筏化现象、并且随着应变幅的增加，γ′沉淀相的筏化现象也越来越不明显．在OP加载条件下，在γ／γ′相界面上则没有位错网被观察到，γ′被层错剪切，并且没有明显的筏化出现．     

Calculation of the internal stresses at the γ/γ’ interface of DD8 single crystal nickel base superalloy after thermo-mechanical fatigue

计算了DD8单晶镍基高温合金在同相(IP)和反相(OP)热机械疲劳(TMF)后γ／γ′相界面上产生的位错网的内应力．结果表明：IPTMF条件下，γ／γ′相界面上产生的位错网可以释放掉大部分错配应力，同时因位错网的存在导致了γ′沉淀相发生了明显的筏化现象．OP条件下产生的层错未造成基体内应力分布的不同，因此未发生γ′沉淀相的筏化。     

同位相热机械疲劳形变后γ/γ'相界面上的位错网分析

DD8单晶镍基高温合金经过同位相热机械疲劳(TMF)后,在垂直于应力轴的γ/γ'相界面上存在着大量的六角形位错网.对位错网中的位错进行的分析表明,六角形位错网中的位错都是刃型位错,而且这些位错的Brugers矢量都不与滑移过程开动的滑移系相对应.利用双交滑移模型说明了位错网的形成机制.     

同位相热机械疲劳形变后γ／γ′相界面上的位错网分析

DD8单晶镍基高温合金经过同位相热机械疲劳（TMF）后，在垂直于应力轴的γ/γ′相界面上存在着大量的六角形位错网。对位错网中的位错进行的分析表明，六角形位错网中的位错都是刃型位错，而且这些位错的Brugers矢量都不与滑移过程开始的滑移系相对应。利用双交滑移模型说明了位错网的形成机制。     

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。     

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.     

一种单晶合金的高温循环断裂变形行为

系统研究了DD499单晶合金950℃应变控制的低周疲劳循环断裂变形行为.研究表明,高温氧化不但加速了裂纹在试样表面萌生,而且也促进了裂纹沿[110]方向扩展,合金低周疲劳的失效可归因于氧化、蠕变和疲劳破坏累积的共同作用结果.950℃循环应力响应为位错之间、位错与γ'沉淀相颗粒之间、位错与碳化物之间的交互作用的共同强化结...     

DD8单晶镍基高温合金的热机械疲劳

对DD8合金进行了同位相(IP)与反位相(DP)热机械疲劳(TMF)实验。结果表明：当以机械应变幅作为参量时，在高应变幅下，IP疲劳寿命均低于OP的寿命；随着应变幅的降低，IP疲劳寿命有向OP寿命靠近的趋势，扫描电镜观察表明，IP和OPTMF试样的断口形貌有明显的不同，在IP实验中，裂纹萌生于试样内的铸造孔洞，垂直于加载轴方向扩展；而OP裂纹则是萌生于试样的自由表面，沿着{111}晶面扩展，不同的裂纹萌生和扩展机制是导致IP和OPTMF寿命差异的主要原因。     

涂覆Ni-Cr-Al-Y涂层的镍基高温合金热机械疲劳行为

分别采取大气等离子(APS)和高速火焰(HVOF)工艺制备Ni-Cr-Al-_Y涂层.对涂覆Ni-C卜Al-Y涂层的高温合金试样的热机械疲劳(TMF)行为进行了研究.结果表明:在相同应变幅下,2种涂层试样都是反相位热机械疲劳(OP TMF)寿命比同相位热机械疲劳(IP TMF)寿命短;在不同应变幅下,试样的热机械疲劳寿命与涂层的喷涂工艺相关.通过断I=I和纵向剖面图的观察分析表明,裂纹的萌生对试样的寿命有很大的影响.     

THERMO--MECHANICAL FATIGUE BEHAVIOR OF Ni--BASED SUPERALLOY COATED WITH Ni--Cr--Al--Y

分别采取大气等离子 (APS) 和高速火焰 (HVOF)工艺制备Ni--Cr--Al--Y涂层. 对涂覆Ni--Cr--Al--Y涂层的高温合金试样的热机械疲劳 (TMF) 行为进行了研究. 结果表明:在相同应变幅下, 2种涂层试样都是反相位热机械疲劳 (OP TMF) 寿命比同相位热机械疲劳 (IP TMF) 寿命短; 在不同应变幅下, 试样的热机械疲劳寿命与涂层的喷涂工艺相关. 通过断口和纵向剖面图的观察分析表明, 裂纹的萌生对试样的寿命有很大的影响.     

Effects of Long-Term Aging on the Microstructures and Tensile Properties of Ni-Based Single Crystal Superalloy

利用微观分析方法研究了第二代镍基单晶合金 DD6 标准热处理和980 ℃/1050 ℃/1200 ℃/长期时效对γ/γ′形态演化和拉伸性能的影响。结果显示：镍基单晶合金DD6在较高温度时效处理后会发生形态不稳定,1050 ℃/时效800 h后γ′强化相逐渐连接成筏;1200 oC时效100 h后,γ/γ′微结构的立方度明显下降并逐渐向球形边界转化,并伴有少量细小基体相嵌入强化组织。在γ/γ′界面附近分布着大量位错线,位错运动随着时效处理时间和温度的增长而加强。1050 ℃/时效1000 h后在固溶元素富集区析出块状沉淀相,其脆性特征在低温拉伸时会塞积位错运动形成应力集中。760 ℃高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率随着时效时间增长而减小,断面收缩率有所波动     

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。     

长期时效对镍基单晶合金微结构演化和拉伸性能的影响（英文）

利用微观分析方法研究了第二代镍基单晶合金DD6标准热处理和980℃/1050℃/1200℃/长期时效对γ/γ′形态演化和拉伸性能的影响。结果显示:镍基单晶合金DD6在较高温度时效处理后会发生形态不稳定,1050℃/时效800 h后γ′强化相逐渐连接成筏;1200oC时效100 h后,γ/γ′微结构的立方度明显下降并逐渐向球形边界转化,并伴有少量细小基体相嵌入强化组织。在γ/γ′界面附近分布着大量位错线,位错运动随着时效处理时间和温度的增长而加强。1050℃/时效1000 h后在固溶元素富集区析出块状沉淀相,其脆性特征在低温拉伸时会塞积位错运动形成应力集中。760℃高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率随着时效时间增长而减小,断面收缩率有所波动。     

[011]取向镍基单晶合金蠕变特征

研究了一种[011]取向镍基单晶合金的拉伸蠕变特征及其变形期问的微观组织结构.结果表明:在750℃/680 MPa条件下,合金的初期蠕变和稳态蠕变速率相对较高,蠕变寿命较短.TEM观察显示,蠕变期间的变形特征是1/20<110>位错在基体中运动,发生反应形成1/3<112>超Shockley不全位错切入γ'相后产生层错;在870℃/500 MPa条件下,蠕变中期出现不均匀滑移带并有大量超不全位错剪切γ'相,使合金具有较高的应变速率;在980℃/200 MPa条件下,合金具有较长的蠕变寿命和较低的稳态蠕变速率.不同Burgers矢量的位错相遇发生反应形成界面位错网,位错网可以阻止位错切入γ'相,γ'相沿[010]方向扩散生长,逐渐转变成筏形组织.蠕变后期位错切入,γ'相,是合金变形的主要方式.     

应变幅对第二代镍基单晶高温合金DD11在980℃条件下低周疲劳性能的影响

通过对第二代镍基单晶高温合金DD11在980℃条件下的低周疲劳性能测试及表征,研究了在不同应变幅(△ε/2=0.5~1.2%)对循环应力响应行为和断裂模式的影响。建立了显微组织演变和疲劳行为之间的联系。实验结果表明,该合金发生了循环软化行为并且随着应变幅的提高,循环软化程度降低。γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽有利于位错运动的进行,因此造成了循环软化。当应变幅为0.5%时,位错回复也是造成循环软化的原因。随着应变幅增加至0.8%后,γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽程度降低,位错在两相界面上发生了塞积,造成了循环软化程度的降低。疲劳失效模式从扩展区的正断模式转变为了瞬断区的剪切断裂模式。本研究有利于建立单晶高温合金涡轮叶片疲劳失效模式、循环应力响应行为和组织三者的关系,对涡轮叶片的设计使用具有一定的指导意义。     

应变幅对第二代镍基单晶高温合金DD11980℃低周疲劳性能的影响（英文）

通过对第二代镍基单晶高温合金DD11在980℃条件下低周疲劳性能测的试及表征,研究了不同应变幅(Δε/2=0.5%～1.2%)对循环应力响应行为和断裂模式的影响,建立了显微组织演变和疲劳行为之间的联系。结果表明,该合金发生了循环软化行为并且随着应变幅的提高,循环软化程度降低。γ'的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽有利于位错运动的进行,因此造成了循环软化。当应变幅为0.5%时,位错回复也是造成循环软化的原因。随着应变幅增加至0.8%后,γ'的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽程度降低,位错在两相界面上发生了塞积,造成了循环软化程度的降低。疲劳失效模式从扩展区的正断模式转变为了瞬断区的剪切断裂模式。本研究有利于建立单晶高温合金涡轮叶片疲劳失效模式、循环应力响应行为和组织三者的关系,对涡轮叶片的设计使用具有一定的指导意义。     

镁合金铸轧过程中表面点状偏析形成机制

研究了DD6单晶高温合金二次γ'相的析出规律和二次γ'相对持久性能的影响.结果表明;DD6合金固溶保温后炉冷,基体通道内有细小的二次γ'相析出;固溶后1120℃/4 h一次时效空冷,基体通道内有大量的二次γ'相析出;固溶后1120℃/4h一次时效炉冷,基体通道内没有二次γ '相析出;固溶并一次时效后在870℃二次时效过程中,随保温时间增加二次γ'相逐渐溶解,32 h时效后二次γ'相完全消失,在随后空冷过程中没有二次γ '相析出.基体通道内的二次γ'相阻碍基体中位错的运动,促使位错剪切一次γ'相,因此基体通道内的二次γ'相降低DD6合金760℃/785MPa持久寿命;DD6合金标准热处理后,基体通道内的二次γ'相消失,760℃/785MPa持久寿命显著提高.     

含Re/Ru镍基单晶合金的高温蠕变行为和损伤特征

通过蠕变性能测试和组织观察,研究4.5％Re/3％Ru镍基单晶合金在高温的蠕变行为和损伤特征.结果表明:测定出该合金在(1100℃,140 MPa)下的蠕变寿命为476 h.合金在高温稳态蠕变期间的变形机制是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏形γ′相,在蠕变后期的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相.其中,剪切进入γ...