小角度晶界对DD6单晶高温合金980℃拉伸性能的影响

针对第2代单晶高温合金DD6,采用籽晶制备了小角度晶界双晶试样.初步定量研究了小角度晶界对单晶高温合金DD6 980℃拉伸性能的影响.结果表明,随着小角度晶界角度的增加,试样的塑性显著降低,抗拉强度下降.与[001]取向标准试样的韧窝型断裂不同,小角度晶界试样出现不同程度的解理断裂特征,在晶界角度较大时,出现明显的沿晶断裂特征.与[001]标准试样相比,小角度晶界试样的断裂过程发生了变化,导致断裂机制发生变化.在980℃条件下,垂直于拉伸应力轴的枝晶界和小角度晶界将导致合金拉伸性能的降低.     

喷丸强化DD6单晶合金中温单轴拉伸性能

为研究喷丸对单晶合金中温拉伸性能影响,采用陶瓷弹丸对DD6单晶合金（后简称单晶）进行喷丸,研究了[001]取向单晶原始/喷丸后600、650和850℃的单轴拉伸性能。采用显微硬度和透射电镜分析了喷丸单晶表层组织,并采用扫描电镜观察了拉伸断口。结果表明：喷丸对单晶中温抗拉、屈服强度及850℃拉伸塑性无影响,而喷丸后单晶的600和650℃拉伸塑性显著下降。650℃时,延长率和断面收缩率分别由16.1%和20.1%下降到喷丸后的3.8%和6.9%;600℃时,延长率和断面收缩率分别由10.5%和18.4%下降到喷丸后的2.8%和7.5%。喷丸单晶表面形成了以{111}交叉滑移孪晶面,与600和650℃拉伸主滑移面重合,孪晶使得拉伸过程进一步表面变形困难,内部金属变形受到限制,表现为喷丸单晶600和650℃拉伸塑性下降。单晶850℃拉伸过程中,除开动八面体滑移外,还开动了六面体滑移,未出现喷丸孪晶面与拉伸主滑移面重合问题,故喷丸不影响850℃单晶拉伸塑性。     

DD499单晶合金拉伸性能薄壁效应

本文系统研究了壁厚对拉伸曲线形态、拉伸强度以及断裂特性的影响。在所测试温度范围内,壁厚对拉伸曲线形态、拉伸强度和断裂特性都有明显的影响;相对而言,760℃拉伸性能薄壁效应更加明显,但壁厚和拉伸塑性间没有明显的函数关系。在760℃标准试样断口表面存在多个滑移系同时启动产生的波纹状滑移特征;而不同壁厚试样尽管也表现出滑移开裂特征,但滑移系单一。在900℃标准试样断口表面存在大量等轴韧窝,表现出延性断裂的特征;而不同壁厚试样的断口表现出混合断裂特征。     

DD6单晶试样结构对热拉伸性能的影响

采用选晶法制备不同结构的DD6单晶拉伸试样,通过对不同温度下[001]晶体取向的薄壁圆管与圆柱试棒拉伸试验,研究了DD6单晶试样结构对其热拉伸性能的影响.结果表明:在不同变形条件下,[001]取向孔内径Φ6.0mm的薄壁圆管极限强度比孔内径Φ7.0 mm高6.7％；而[001]取向薄壁圆管的拉伸性能比同条件圆柱试棒的拉伸性能高9.8％.试样结构对其性能的影响不明显,而试验温度与拉伸速率对其力学性能的影响较为显著.     

偏离度对抗热腐蚀单晶高温合金DD483拉伸性能的影响

用螺旋选晶器法制备DD483抗热腐蚀单晶高温合金,在偏离度小于100时测试合金从室温到1 000℃的瞬时拉伸性能:研究0～30.范围内偏离度对合金室温和950℃拉伸性能的影响.结果表明:由于单相γ'的反常屈服行为,750 ℃时合金的抗拉强度达到峰值1 300 MPa,屈服强度达到1 105 MPa;偏离度在0～30°范围内,DD483合金室温及950℃时的屈服强度和抗拉强度均随偏离度增加而减小,塑性随偏离度的增加而增大;不同偏离度样品的室温拉伸的变形机制并没有明显差别,拉伸性能的差异主要在于Schmid因子和弹性模量的不同;950℃时由于开动滑移系数目的增加,偏离度对合金拉伸强度的影响相对室温的影响减小.     

单晶涡轮叶片长期服役组织演化及性能退化分析

为对单晶涡轮叶片长时服役后的显微组织损伤及力学性能退化程度进行评价，分别选用服役时间为25000h和50000h的燃气轮机用高压涡轮叶片，截取叶身中部材料进行组织定量表征和显微硬度测试。定量测算了不同服役时间和不同位置的γ"相尺寸、体积分数，二次γ"相尺寸，基体通道宽度，并进行了维氏硬度测试。结果表明：同一服役时间不同位置γ"相尺寸粗化程度不同，前缘、尾缘高温区γ"相尺寸大于叶盆、叶背处，而体积分数稍小于其他两处；服役50000h的叶片γ"相尺寸大于相同位置处服役25000h叶片，体积分数呈相反规律；部分位置存在二次γ"相析出现象，二次γ"相析出位置基体通道宽度明显增加，经1100℃/2h空冷/炉冷实验验证，二次γ"相析出与工作高温及冷却方式有关；尾缘服役异常高温区出现TCP相，该相富含W、Re元素，经分析为μ相；不同服役时长前缘、尾缘位置显微硬度均下降明显，且显微硬度下降与γ"相尺寸增大呈负相关、体积分数减少呈正相关关系，γ"相尺寸、体积分数可作为本材料损伤评价参量。     

Mo-3Nb合金化单晶微型试样强度测试

介绍了微型试样的测试方法及机理,对所研制的Mo-3Nb合金化单晶材料分别采用微型试样测试和常规室温拉伸测试,并对2种方法所得结果进行比较,微型试样检测的抗拉强度、屈服强度值均低于常规拉伸试样,延伸率偏差较大,但作为Mo-3Nb合金单晶拉伸性能一种定性判据是有效的.     

固溶温度对DD416镍基单晶高温合金组织及拉伸性能的影响

研究了固溶处理温度对一种高强低密度第一代的镍基单晶高温合金DD416的组织及拉伸性能的影响。结果表明,铸态试样中存在着明显的成分偏析与元素偏析现象。经过固溶处理后,合金中的成分偏析与元素偏析现象得到明显改善,随着固溶温度的提高,合金中的共晶组织含量逐渐减少。铸态合金中存在的孔洞为铸造疏松,在经过固溶处理后,由于元素扩散速率的不同会出现小部分的固溶孔洞,合金中空洞较多也会影响合金性能。通过对760℃高温拉伸数据可以看出,合金的拉伸性能在经过热处理后得到较为明显的提高,随着固溶温度的提高,合金的抗拉强度和屈服强度有所提高,合金的断后伸长率和断面收缩率也有着较为显著的增加,即经过固溶处理+时效处理后,随着固溶温度的提高,合金的强度与塑性得到改善与提高。     

Pt-Al涂层对DD413合金高温拉伸性能的影响

利用SEM和TEM对比研究了无涂层和Pt-Al涂层试样在760和980℃的拉伸性能。研究结果表明：在2个温度下,Pt-Al涂层试样的屈服强度均低于无涂层试样。由于Pt-Al涂层存在韧脆转变温度(ductile to brittle transition temperature,DBTT),因此在不同温度下涂层表现出不同的变形机制和裂纹萌生方式。在高温下由于β向γ′转变有利于位错产生滑移,从而导致Pt-Al涂层的塑性变形。Pt-Al涂层在DBTT以上拉伸强度的提高是由于Pt在β-NiAl相中起到固溶强化效应。     

DD6单晶高温合金凝固特性研究

利用等温凝固淬火法、光学金相技术、定量金相技术以及扫描电镜、能谱分析等方法,研究了Re含量为2%的DD6单晶高温合金的凝固特性,结果表明,合金凝固过程中所析出相依次为γ相→MC相→共晶γ′→枝晶间γ′→枝晶干γ′,DD6合金的固-液相温度范围(ΔT)、有效结晶温度范围(ΔT2)和F值(枝晶间失去补缩能力温度下的液相体积分数)较小,铸造性能较好.     

镍基单晶气膜孔模拟试样的低周疲劳断裂机理

采用镍基单晶合金DD6带不同数量激光加工气膜孔的薄壁平板模拟试样,对其在900℃下的低周疲劳性能进行了研究,并对试验数据和断口的SEM形貌进行了分析。结果表明:在相同的试验条件下,气膜孔的数量对低周疲劳的寿命影响很大,单孔试样的寿命约为密排多孔试样的10倍;气膜孔周围存在大量微裂纹,带气膜孔试样的破坏属于典型的多源断裂;对于单孔试样及密排多孔试样的中间孔,裂纹沿{001}面扩展;密排多孔试样的上下2排气膜孔周围的裂纹沿多个滑移面扩展。     

DD6单晶合金气膜孔薄壁平板高温持久性能

在980℃/300 MPa条件下,对带气膜孔与无气膜孔的DD6单晶合金薄壁平板试样进行高温持久试验研究与有限元对比计算。结果表明：在相同名义应力条件下,带孔试样的高温持久寿命比无孔试样的高温持久寿命低,分别为69、90 h,气膜孔的存在破坏了试样的几何连续性,导致气膜孔周围应力集中为主要因素。通过断口宏、微观观察发现,无试样的断裂方式为微孔聚集型断裂,断口上分布着大量方形小平面特征;而带孔试样由于气膜孔改变了试样中的应力分布,在气膜孔附近产生了应力集中,当裂纹扩展至试样边缘,试样被瞬间剪断。基于晶体塑性理论建立了蠕变模型,将其编入ABAQUS的UMAT子程序中对带气膜孔和无气膜孔薄壁平板试样分别进行模拟分析,模拟结果显示与试样的断裂位置及形貌吻合,在工程应用条件下该模型是能用于薄壁平板的高温持久断裂寿命的预测。     

Effect of Section Size on the Microstructure of Thin-walled Specimen of DD6 Single Crystal Superalloy

制备不同截面尺寸的单晶高温合金精铸薄壁试样,研究了截面尺寸对DD6单晶高温合金精铸薄壁试样组织的影响规律。结果表明：随着截面尺寸的减小,铸态单晶高温合金精铸薄壁试样一次枝晶间距和共晶含量出现先减小后增大的现象,热处理态单晶高温合金精铸薄壁试样枝晶干γ’相平均尺寸逐渐减小。截面尺寸的适当减小有利于减轻枝晶元素偏析程度,但当截面尺寸减小到0.5 mm时,枝晶元素偏析程度反而增大     

LMC法制备定向重型燃机叶片的组织性能研究

利用金相和扫描电镜观察了液态金属冷却技术(LMC)制备的DSM11合金重型燃机叶片不同位置的定向凝固组织和热处理组织,并利用持久试验机测试了相应状态下980℃×220 MPa的持久性能。研究表明,随着叶片取样位置远离冷却盘,缩孔的尺寸增加,η相的析出倾向增大,γ+γ′共晶尺寸增加,导致了叶片不同位置热处理组织和持久性能的差异。     

单晶空心涡轮叶片精确控形技术的研究进展

针对航空发动机单晶空心涡轮叶片的精确控形技术,结合国内外相关工作的研究状况,从空心涡轮叶片复杂陶瓷型芯精密成形技术、单晶高温合金叶片近净形熔模精密铸造技术及叶片精铸过程尺寸精度控制方法等方面,对单晶空心涡轮叶片精确控形技术领域取得的研究成果进行了总结和分析。重点介绍单晶空心涡轮叶片精确控形技术领域内取得的研究成果,论述了我国单晶空心涡轮叶片精确控形技术的未来研究重点。     

温度对镍基单晶高温合金DD13拉伸行为的影响

研究了新一代抗热腐蚀单晶高温合金DD13在不同温度下的拉伸行为,包括断口形貌、显微组织和位错组态等。结果表明:温度对合金的屈服强度和塑性影响明显。室温下,合金的屈服强度和抗拉强度分别为1059和1097 MPa;当实验温度在700℃时,合金的屈服强度和抗拉强度达到峰值,分别为1108和1340 MPa;而随着实验温度的继续升高,合金强度却呈明显的下降趋势,当实验温度达到1050℃时,屈服强度和抗拉强度分别为262和443 MPa。实验温度对合金塑性的影响则成相反趋势,合金在700℃时表现出相对较差的塑性。分析发现,不同实验温度下,γ/γ′界面的共格错配度和位错克服强化相γ′方式的差异是影响合金屈服强度的主要因素,而合金达到屈服点后,位错是否发生交割缠绕现象是影响抗拉强度和塑性的关键因素。700℃下,在许多强化相γ′内均发现不同滑移系层错交割、缠绕现象。     

不同孔间距下镍基单晶叶片气膜孔弹塑性行为研究

气膜冷却作为一重要的热防护技术广泛应用于涡轮叶片中,但是气膜孔的引入破坏了叶片的结构完整性,成为裂纹形核的重要区域。将镍基单晶叶片前缘气膜孔简化为平板模型,基于晶体塑性理论分析了多孔干涉下气膜孔的弹塑性力学行为,分析了孔边分切应力的分布规律;并比较了不同横向、纵向间距对气膜孔弹塑性行为的影响。结果表明多排气膜孔间存在着明显的应力干涉,高应力区出现在相邻两列气膜孔孔心连线区域,低应力区出现在同列气膜孔之间,呈现菱形分布。孔边八面体、十二面体、六面体滑移系均开动,最大分切应力出现在夹角0o/20o/30o的位置上;横向孔间距增加,孔边应力降低;纵向孔间距增加,孔边应力增加。六面体滑移系分切应力对载荷、孔间距变化最为敏感。     

一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能

在760℃到1100℃条件下,研究了一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能。采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)与扫描透射电子显微镜(STEM)观察了合金的显微组织与断口形貌。结果表明：随着温度的升高,合金的拉伸强度降低,而拉伸延伸率增加。在760℃与850℃条件下的拉伸断裂均为类解理断裂。在980℃,1070℃和1100℃条件下,试样断口出现了反映凝固方向的枝晶形貌特征,且随着温度的升高枝晶形貌在断口上的面积增加。在980℃条件下,拉伸断裂为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂。在1070℃与1100℃条件下,拉伸断裂均为韧窝断裂。随着温度的升高,塑性变形过程中开动了更多滑移系,导致形成了不同的位错形貌。760℃拉伸,合金中出现了高密度大致平行分布的a/2<110>位错;980℃拉伸,合金中出现了位错缠结;1100℃拉伸,合金中形成了位错网络。