Anisotropy of Stress Rupture Properties of DD6 Single Crystal Superalloy at 980℃/250MPa Near [001] Orientation

通过不同取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久测试,研究了取向对980℃持久性能的影响.结果表明:[001]取向偏离主应力轴15°以内,DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久寿命相当,没有各向异性.这主要是由于近[001]取向DD6单晶高温合金多个<110>{111}滑移系共同作用的结果.同时,原子扩散造成的γ’筏排和γ/γ’相界面形成的位错网也降低持久性能各向异性.     

带有扭转小角度晶界DD6单晶高温合金的横向持久性能EI北大核心

在980℃/250MPa条件下,研究了DD6单晶高温合金扭转小角度晶界的横向持久性能。结果表明,0~4.0°晶界试样与[001]取向试样的持久寿命相近,表明DD6单晶高温合金的横向持久性能优异;4.0°晶界试样持久断裂不为沿晶断裂;随着晶界角度的进一步增大,合金的横向持久性能明显下降,断裂方式为沿晶断裂。     

一次枝晶间距对DD26单晶高温合金持久各向异性的影响

研究了取向对高速冷却法(DD26-HRS)和液态金属冷却法(DD26-LMC)制备的DD26单晶高温合金760℃/670 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,DD26-HRS合金一次枝晶间距明显大于DD26-LMC合金,而且DD26-HRS合金持久各向异性更为严重。位错形貌显示靠近[001]-[012]边界试样变形以基体内多滑移为主。由于DD26-HRS合金γ′相尺寸较大,抑制了层错带剪切γ′相的变形机制,从而使得DD26-HRS合金持久寿命高于LMC合金。然而,靠近[001]-[112]边界试样变形以单方向层错剪切γ′相为主,基体内开动的位错较少,DD26-HRS合金枝晶间粗大的碳化物相周围易于位错的堆积,从而萌生裂纹并沿碳化物界面迅速开裂,造成DD26-HRS合金持久寿命低于DD26-LMC合金。     

一种第三代单晶高温合金中高温横向持久性能EI北大核心CSCD

研究一种镍基第三代单晶(single crystal,SC)高温合金在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下的横向持久性能。结果表明:在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下,该合金横向持久寿命与伸长率均低于纵向;横向与纵向持久断裂后的位错组态特征一致,760℃/800 MPa条件下断裂后γ′相中存在相交的层错,而1100℃/137 MPa条件下断裂后γ/γ′相界面形成位错缠结与高密度位错网;横向与纵向在760℃/800 MPa条件下为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂,而在980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下为韧窝断裂;第一代单晶高温合金DD3、第二代单晶高温合金DD6与本研究的第三代单晶高温合金中高温横向持久断裂机制基本一致;外应力方向垂直于定向凝固过程形成的一次枝晶间界面,是横向持久性能低于纵向的主要原因。     

[011]取向DD6单晶高温合金薄壁持久性能

采用薄壁试样研究了760,980,1070℃条件下[011]取向第二代单晶高温合金DD6的持久性能.结果表明:与标准试样(直径5mm)相比,DD6单晶高温合金薄壁试样的持久寿命与之相当.对合金760℃/590MPa,980℃/270MPa及1070℃/270MPa条件下组织分析发现:760℃合金γ’相局部发生变形,98...     

一种第三代单晶高温合金中高温横向持久性能

研究一种镍基第三代单晶(single crystal, SC)高温合金在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下的横向持久性能。结果表明:在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下,该合金横向持久寿命与伸长率均低于纵向;横向与纵向持久断裂后的位错组态特征一致,760℃/800 MPa条件下断裂后γ′相中存在相交的层错,而1100℃/137 MPa条件下断裂后γ/γ′相界面形成位错缠结与高密度位错网;横向与纵向在760℃/800 MPa条件下为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂,而在980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下为韧窝断裂;第一代单晶高温合金DD3、第二代单晶高温合金DD6与本研究的第三代单晶高温合金中高温横向持久断裂机制基本一致;外应力方向垂直于定向凝固过程形成的一次枝晶间界面,是横向持久性能低于纵向的主要原因。     

单晶高温合金DD6拉伸性能各向异性

研究了[001],[011],[111]取向第二代单晶高温合金DD6的拉伸性能与断口组织。结果表明:DD6单晶高温合金存在拉伸各向异性,850℃以上[001]取向DD6单晶高温合金的抗拉强度与屈服强度分别高于[011],[111]取向合金的强度,[001],[011],[111]取向DD6单晶高温合金的拉伸断口具有类解理断裂与韧窝断裂的特征。     

二次γ′相演化对DD6单晶高温合金蠕变性能的影响

采用FESEM和TEM研究二次γ′相演化对DD6单晶高温合金760℃/785 MPa和980℃/250 MPa蠕变性能的影响。结果表明：标准热处理的DD6合金经1120℃/4 h/AC处理，基体通道内析出二次γ′相。760℃/785 MPa蠕变时，基体通道内的二次γ′相在蠕变初期阻碍a/2〈011〉位错在基体通道内运动，促进{111}〈112〉滑移在一次γ′相开动，从而缩短孕育期时间，显著增加蠕变第一阶段应变和蠕变速率。980℃/250 MPa蠕变时，基体通道内的二次γ′相在蠕变初期快速回溶，二次γ′相对980℃/250 MPa蠕变行为基本没有影响。     

第二代单晶高温合金DD6长期时效后的拉伸性能

研究了第二代单晶高温合金DD6长期时效后的拉伸性能.结果表明:980℃长期时效后,[001]取向DD6合金760℃条件下保持了良好的高温拉伸性能;时效1000 h,抗拉强度仍然大于1000MPa,屈服强度接近900MPa;γ'相的变化对DD6合金760℃条件下的拉伸性能没有明显影响.     

DD6单晶合金蠕变特性及断裂机理

在500MPa、900℃和300MPa、1000℃两种环境条件下,通过实验研究了[001]、[011]、[111]三种取向的镍基单晶合金DD6的蠕变特性及断裂机理。结果表明:DD6单晶高温合金蠕变性能具有明显的晶体取向相关性,在相同的温度和应力条件下,三种取向的单晶合金寿命差别很大,温度是影响[001]取向单晶合金蠕变寿命的主要因素,而应力则是影响[011]和[111]取向单晶合金蠕变寿命的主要原因。同时,晶体取向和实验条件的不同,都会使最小蠕变率发生变化,随着温度的升高,不同取向晶体的各向异性减弱,相同条件下,[111]取向最大蠕变量最大,[001]取向次之,[011]取向最小。而晶体取向对断裂机理有直接的影响,[001]、[111]取向DD6单晶合金的断裂是由微孔引起的断裂,[011]取向的DD6单晶合金在900℃、500MPa条件下的蠕变断裂为滑移断裂,1000℃、300MPa条件下的断裂为滑移面断裂和韧窝断裂二者兼有的混合型断裂。     

DD6单晶高温合金980℃蠕变性能研究

研究了第二代单晶高温合金DD6的[001],[011]和[111]取向980℃不同应力条件的拉伸蠕变性能.结果表明,DD6合金的蠕变性能良好,并具有蠕变各向异性;与[011]和[111]取向相比,应力对[001]取向的合金蠕变寿命影响较小;蠕变过程中由于晶体转动[001]结晶取向与主应力轴方向偏离度逐渐减小,而[011]和[111]结晶取向与主应力轴方向偏离度有所增加;[001]取向的合金加工硬化倾向性较大,[011]和[111]取向的合金加工硬化倾向较小.     

一种镍基单晶高温合金的各向异性研究

研究了一种镍基单晶高温合金[001],[001]和[111]三个晶体取向的组织和性能.结果表明,晶体取向对合金枝晶组织形态和偏析存在显著影响,而合金的弹性模量和持久性能也存在明显的各向异性.在弹性模量方面,[111]取向最大,[011]取向次之,[001]取向最小.对于持久寿命,在871℃/552MPa下,[001]取向的持久寿命最高,[111]取向的延伸率最高;在1010℃/248MPa下,[111]取向的持久寿命最高,[001]取向的延伸率最高;两种实验条件下,[011]取向的持久寿命都最低.     

一种镍基单晶合金高温长期时效后的组织与力学性能

研究了高温长期时效对一种镍基单晶合金组织和在1010℃/248MPa条件下的持久性能的影响.结果表明:950℃时效500h以前,合金的持久性能变化不大,时效1000h后合金的持久性能大幅度降低,1050℃时效100h后,合金的持久性能便开始明显下降,持久性能降低的原因是γ′相尺寸的增大及形状不规整.合金在950℃时效500h和1050℃时效100h后,γ′相开始沿不同的[100]方向长大,γ/γ′相界面能和弹性应变能的降低是γ′相长大的驱动力.     

DD3单晶高温合金的中温横向持久性能

本文对DD3单晶高温合金的中温横向持久性能的各向异性作了研究。采用横向试样研究取向度对横向持久性能的影响,比较接近用引晶法生产的叶片的真实横向性能。现已发现,结晶取向对DD3单晶合金中温持久性能的影响,不论在纵向或横向都遵循相同的规律。影响横向中温持久性能的主要因素是横向的结晶取向;应力轴平行或垂直于一次枝晶干对DD3合金的中温持久性能的影响比较小。在760℃时,取向对持久性能的影响比850℃下更为显著。应力方向靠近[100]时,DD3合金760℃横向持久强度达σ_(>100)~(760)=80kg/mm~2;而当应力方向靠近[101]时,760℃横向持久强度仍保持σ_(>100)~(760)=54kg/mm~2,为纵向性能的2/3,亦能充分满足发动机设计对叶片横向性能的要求。     

影响单晶Ni基高温合金持久性能的因素

本文研究了一些直接影响单晶 Ni 基高温合金持久强度的因素。原始晶界和由机械加工引起的再结晶对性能的危害极大。在经高温持久试验后的单晶中,往往形成亚结构和微孪晶。单晶合金的[001]方向平行应力轴时,持久性能最佳。当[001]方向与应力轴夹角大于10°时,持久强度大幅度下降。单晶合金中碳化物的含量越多,尺寸越大,对持久性能损害越大。初生γ′和共晶相区是单晶合金中的低强度区域,应通过固溶热处理消除。单晶高温合金经组织结构和晶体取向的一系列优化后,持久强度比普通铸造和定向凝固合金显著提高。     

单晶高温合金DD6的中温横向持久性能

在800,850,900℃的温度条件下,对第二代单晶高温合金DD6的横向持久性能进行了研究.结果表明:与相同条件下的纵向即[001]取向持久性能相比,合金横向持久寿命低于纵向持久寿命.在相对较高温度下,合金横向与纵向的持久寿命在数值上相差较小;在相对较低温度下,合金横向持久寿命明显低于纵向.随着实验温度的升高,扩散蠕变作用增强,韧窝断裂的倾向增加,同时枝晶间和枝晶干变形均匀,横向持久性能相对提高而接近于纵向持久性能.垂直于应力轴的一次枝晶界和枝晶间区域的存在,是横向持久性能低于[001]取向的主要原因.     

DD6单晶高温合金760℃的蠕变性能研究

研究了[001]、[011]和[111]取向760℃不同应力条件下的第二代单晶高温合金DD6的拉伸蠕变性能.结果表明:DD6合金具有明显的拉伸蠕变性能各向异性;在相同的试验条件下,蠕变寿命以[111]、[001]、[011]顺序依次减小;不同取向的稳态蠕变速率不同;三个取向的基体通道类型不同,不同类型基体通道的应力大小不一,小应变量下的蠕变变形主要集中在应力水平较高的基体通道.     

长期时效对DD6单晶高温合金组织和力学性能的影响

采用螺旋选晶法制备DD6合金单晶试棒,标准热处理后在980℃长期时效2000 h,研究980℃长期时效对DD6单晶高温合金的组织演化及力学性能的影响.结果表明:随着长期时效时间的延长,合金中γ'相的尺寸增大,2000 h后γ'相尺寸约为1μm,没有TCP相析出,合金具有较好的组织稳定性.2000 h长期时效试样在980℃/243 MPa下持久寿命为180.16 h,为热处理态的56.3％;在1070℃/130 MPa下持久寿命为144.42 h,为热处理态的35.31％,断裂模式均为微孔聚集型断裂;相比热处理态的合金,2000 h长期时效态试样760℃的抗拉强度和屈服强度分别降低5.55％和5.88％;980℃的抗拉强度和屈服强度分别下降11％和10.59％.     

高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持久断裂特征的影响

采用电子束物理气相沉积方法在DD6单晶高温合金基体上制备了热障涂层,带涂层试样首先在1100℃空气气氛中分别进行了50h和100h热处理,然后在980℃/250MPa条件下进行持久实验,研究了持久断裂后合金与黏结层界面的互扩散行为、组织形貌以及断裂特征。结果表明:经过1100℃热处理,合金与黏结层之间的元素发生了互扩散,合金基体中Cr含量增加,而Re,Nb,Mo,Ta等元素向黏结层扩散;随热处理时间的增加,析出的不稳定相数量增多,持久断裂试样γ′相粗化程度增加;1100℃热处理带热障涂层持久断口为韧窝断口,与合金标准试样断口特征类似。     

DD6单晶高温合金振动疲劳性能及断裂机理

研究[001]取向的DD6单晶高温合金的室温振动疲劳S-N曲线,并获得了其室温振动疲劳极限。利用体视显微镜、扫描电子显微镜、背散射衍射等手段对DD6单晶高温合金振动疲劳断裂机制进行分析。结果表明:采用S-N法估算得到的[001]取向的DD6单晶高温合金室温振动疲劳极限约为337.5MPa。振动疲劳裂纹断口呈现单个或多个沿{111}晶体学扩展平面组成的形貌特征,断口上分为疲劳源区和疲劳扩展区两个阶段,裂纹在应力最大截面处的表面或内部缺陷处萌生,呈单源特征,疲劳扩展区呈现类解理断裂特征,未出现典型的疲劳条带特征。说明沿{111}晶面滑移是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要变形机制,断口上的类解理扩展平面以及微观上类解理花样是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要特征。