应变速率对一种无铼单晶高温合金低周疲劳性能的影响

研究了一种无铼镍基单晶高温合金在1223 K、不同应变速率(5×10^-4s^-1、1×10^-3s^-1、5×10^-3s^-1、1×10^-2s^-1)条件下的低周疲劳行为。结果表明:在四种应变速率条件下,合金均表现出循环稳定。随着应变速率的增加,合金的疲劳寿命逐渐增加,且其半寿命稳定滞后回线环内面积逐渐减少,表明低应变速率合金更容易积累蠕变塑性变形。疲劳裂纹源均萌生于试样表面,随着应变速率的增加,疲劳过程中产生的塑性变形越来越少,疲劳裂纹扩展区的面积逐渐增大。低应变速率时,较大的塑性变形导致合金取向发生明显的偏转,诱发多滑移系开动进而形成位错网;反之,高应变速率时,合金没有产生明显的塑性变形,只有单一方向的位错塞积形成位错束。     

DD3单晶合金高温低周疲劳行为研究

DD3 Ni基单晶高温合金是我国自行研制的第一个高性能低成本单晶合金,并且已在某型号发动机上进行试车考验。为使DD3单晶叶片安全可靠地使用,本文研究了在疲劳蠕变交互作用下合金的时间相关疲劳行为,并采用应变能区分法对DD3合金的时间相关疲劳进行了寿命预测。结果表明,该方法对DD3合金具有良好的寿命预测能力。最后,对760℃低周疲劳与蠕变-疲劳交互作用下的合金断口及显微组织特征做了对比与讨论。     

一种单晶高温合金的高周疲劳行为

本文对一种单晶高温合金在℃经高周疲劳实验的断裂特征和微观变形机制进行了详细研究，发现该单晶合金存在两种断形貌，一种是定向解理断裂，一种是蜂窝状撕裂，这两种断裂方式分别与按确定取向的滑移变形机制和位错胞变形机制相联系。还观察到了小角晶界的变形机制，合金中存在的极微量ＭＣ碳化物仍然是重要的疲劳源，该单晶高温合金的高周疲劳强度极限较之相应的铸造ＩＮ７３８合金和低偏析定向凝固ＤＥ３８Ｇ合金大幅度提高。     

IN738LC镍基高温合金高温低周疲劳性能的研究

以特殊热处理的方法将ＩＮ７３８ＬＣ合金中的第二相颗粒处理成只由４５０ｎｍ边长的立方形ｒ’相构成的试样和只由直径为８０ｎｍ的球形ｒ’相所构成的试样。在对这两种试样进行的１２２３Ｋ低周疲劳试验中发展,应谱速率不同,试样循环变形的机理也不同。无论是含大颗粒的试样还是含小颗粒的试样,在大应变速率时是颗粒被切割的变形机制,而在小变形速率条件下是类似于蠕变变形的位错攀移机制,在对小颗粒ｒ’相试样的试验中,发现有循环软化现象。     

镍基单晶合金多轴非比例加载低周疲劳单胞模型

在680和850℃下对DD3镍基单晶合金进行多轴非比例加载低周疲劳试验,结果表明等效应变范围△ε_e、试验温度、等效应力范围△σ_e对单晶合金的低周疲劳寿命有显著影响。基于能量耗散理论,引入参量k表征多轴非比例加载对疲劳寿命的影响,构造循环塑性应变能作为损伤参量,建立镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型。参量k与循环寿命之...     

FGH96镍基高温合金的高温低周疲劳断裂机理研究

研究了FGH96镍基高温合金在550,720℃条件下应变控制的高温低周疲劳断裂机理.结合断口宏微观观察和位错组织结构观察,探讨了FGH96合金疲劳行为的微观机理,并建立了扩展区面积和疲劳寿命的定量关系,结果表明:FGH96合金的断裂特征以穿晶解理为主;合金在较高温度下具有较低的疲劳寿命是与氧化损伤和合金的塑性变形密切相关;应变幅较小时(＜0.6%左右),温度对合金的疲劳寿命起主导作用,氧化损伤效应明显;位错密度在较高的应变幅下比在较低的应变幅下高得多,较高应变幅下,位错发生了交滑移甚至是攀移运动;合金的疲劳断口扩展区面积与疲劳寿命存在线性对数关系.     

喷丸对DD3单晶高温合金高周疲劳性能的影响

对两种取向的ＤＤ３单晶高温合金进行了高周疲劳性能试验。结果表明：［１１１］取向的疲劳极限在喷丸后降低，而［０１１］取向的疲劳极限则有所提高。     

第二取向对镍基单晶高温合金DD33热疲劳性能的影响

选用不同第二取向的第三代镍基单晶高温合金DD33板式试样进行热疲劳实验,研究了第二取向对单晶高温合金热疲劳性能的影响和不同第二取向样品的热疲劳裂纹扩展动力学。结果表明:第二取向严重影响合金的热疲劳性能。两种第二取向样品,其热疲劳裂纹萌生位置和扩展方向明显不同。在第二取向[100]的样品中,热疲劳裂纹在与定向凝固方向呈45°的孔壁处萌生并沿与定向凝固方向呈45°方向扩展;而在第二取向为[110]的样品中,热疲劳裂纹优先在与定向凝固方向垂直的孔壁处萌生并沿定向凝固方向扩展且裂纹萌生及扩展速度都明显快于第二取向[100]的样品。     

镍基单晶高温合金的再结晶

镍基单晶高温合金作为先进发动机叶片的主要用材,其再结晶问题日益受到重视.本文综述了热处理温度、热处理时间、变形程度及合金成分等多种因素对镍基单晶高温合金再结晶的影响规律,分析了镍基单晶高温合金再结晶对其蠕变和疲劳性能的影响,并讨论了回复处理及浸蚀直接去除表面变形层、渗碳和表面涂层等控制再结晶的方法.最后,指出了镍基单晶...     

一种镍基单晶高温合金压缩变形的各向异性

将一种镍基单晶高温合金在室温沿不同晶体取向压缩变形,研究了在试样表面形成的滑移线和微观组织的变化。结果表明：这种合金〈111〉取向试样的屈服强度最高,〈001〉取向的强度最低,〈110〉取向的强度居中。〈001〉和〈110〉取向的试样在压缩变形过程中主要启动八面体滑移系,其中〈110〉取向明显观察到双滑移系的开动;而〈...     

一种单晶高温合金的高周疲劳行为(英文)

本文对一种单晶高温合金在800℃经高周疲劳实验的断裂特征和微观变形机制进行了详细研究,发现该单晶合金存在两种断裂形貌,一种是定向解理断裂,一种是蜂窝状撕裂,这两种断裂方式分别与按确定取向的滑移变形机制和位错胞变形机制相联系。还观察到了小角晶界的变形机制,合金中存在的极微量 MC 碳化物仍然是重要的疲劳源,该单晶高温合金的高周疲劳强度极限较之相应的普通铸造 IN738合金和低偏析定向凝固 DE38G 合金大幅度提高。     

检验腐蚀对镍基单晶高温合金高周疲劳性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究检验腐蚀对一种镍基单晶高温合金高周疲劳性能的影响,将经过标准热处理的试样置于FeCl 3+HCl+H 2O腐蚀剂中分别腐蚀2次和4次,采用莱卡DCM8共聚焦显微镜和扫描电镜对未腐蚀、2次与4次腐蚀试样的表面形貌进行观察,然后分别测试未腐蚀和4次腐蚀试样760℃与980℃的旋转弯曲疲劳性能。结果表明:未腐蚀试样表面存在纵向且相互平行的由抛光带来的细小抛痕,表面粗糙度低;2次腐蚀后,表面抛痕有所减少,枝晶间区域出现腐蚀坑,表面粗糙度增加;4次腐蚀后,表面抛痕被完全腐蚀掉,腐蚀坑深度和表面粗糙度进一步增加。4次腐蚀会略微降低合金760℃的疲劳性能,但对高应力幅条件下的疲劳寿命影响较大,对低应力幅条件下的疲劳寿命影响较小。4次腐蚀对合金980℃疲劳性能影响很小。     

镍基单晶高温合金的拉伸断裂行为

对[001]、[011]和[111]取向的镍基单晶高温合金的不同取向的弹性模量及硬度做了表征,并分析了[011]和[111]取向的单晶在室温和1070℃的拉伸断口形貌。研究结果表明:合金的弹性模量及拉伸断裂存在各向异性。室温下,[011]取向试样拉伸断裂变形不均匀,断面为椭圆形;[111]取向的试样断裂面为圆形,没有发生颈缩。[011]、[111]取向断口均由裂纹源区、扩展区及瞬断区组成。室温下,合金的拉伸断口为剪切型韧性断裂;高温下,合金的拉伸断口为微孔聚集型韧性断裂。     

抽拉速率对一种镍基单晶高温合金凝固参数和凝固组织的影响

研究了不同的铸型抽拉速率对镍基单晶高温合金DD98的凝固参数及显微组织的影响,结果表明,随着抽拉速度降低,固－液界面前沿的温度梯度显著提高,糊状区宽度减小,抽位速度较低时,温度梯度在整个凝固过程中变化比较平稳,提高抽拉速率使DD98合金由胞状凝固转变为枝状凝固,γ′相尺寸减小,并且由不规则形状逐渐变为规则的立方体形状,γ／γ′共晶量增加,共晶中的初生γ′相尺寸逐渐减小。     

镍基单晶高温合金热机疲劳断裂特征

为了进一步提高镍基单晶高温合金的热机疲劳性能,通过微观结构解析研究了合金热机疲劳断裂特征.通过金相和扫描电子显微镜研究了热机疲劳断裂的断口特征和微观结构.研究表明:裂纹起源于形变孪晶与试样外表面的交截处,过程中的氧化有助于裂纹的长大;裂纹尖端的应力场诱发出大量形变孪晶,而形变孪晶的存在为裂纹进一步沿着孪晶界扩展提供了便利条件;镍基单晶高温合金的疲劳断裂主要是由于形变孪晶的形成以及裂纹沿孪晶界的扩展造成的.形变孪晶与高温合金疲劳断裂密切相关.     

镍基单晶高温合金研究进展

单晶高温合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变与疲劳抗力以及良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、组织稳定性和使用可靠性,广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。由于采用定向凝固工艺消除了晶界,单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素,提高了合金的初熔温度,能够在较高温度范围进行固溶和时效处理,其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金也大幅度提高。经过几十年的发展,单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面,简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。     

镍基单晶高温合金Larson-Miller曲线的预测

提出了一种预测镍基单晶高温合金Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ曲线的新方法,应用于现有镍基单晶高温合金的Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ曲线的预测。对预测的结果与试验结果进行了比较,证明该方法能够准确地预测镍基单晶高温合金的Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ曲线。     

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。     

先进镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展

先进镍基单晶高温合金具有优良的成分兼容性,在1 000℃以及更高温度下仍能保持较高的组织稳定性、抗蠕变性、抗疲劳性、抗氧化性和抗腐蚀性能,被广泛应用于现代航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。在服役过程中,镍基单晶高温合金主要发生涡轮叶片旋转造成的蠕变及疲劳变形。另外,现代航空发动机对涡轮进口温度的要求不断提升,使得镍基单晶高温合金的承温承载能力面临着更大的挑战。长期以来,材料科研工作者尝试了许多方法来提升镍基单晶高温合金的蠕变性能:在镍基单晶高温合金中添加了大量的难熔元素(W、Cr、Mo、Re等),降低了元素的扩散速率,从而提高了合金的固溶强化水平;添加了γ'相形成元素(Al、Ti、Ta),形成金属间化合物γ'沉淀相,利用γ'沉淀相与γ基体相之间的相干应变、有序化,以及弹性模量和堆垛层错能差异等沉淀强化机制,提高合金的强度;通过调整热处理制度,进一步优化沉淀相的尺寸、形态以及体积分数,最大化沉淀强化效果;通过调整Mo与Re的含量,提高γ'沉淀相与γ基体相的错配度,细化γ/γ'界面位错网间距,强化γ/γ'相界面强度,提高镍基单晶高温合金的蠕变抗力;同时加入适量的Pt族金属元素,抑制了TCP有害相的析出,进一步稳定了合金组织。然而,镍基单晶高温合金中元素的合金化程度已很高,在CMSX-10中难熔元素的含量高达20.5%,这已经接近镍基体的溶解度极限;同时,也带来了其他一系列问题:组织不稳定性(包括凝固缺陷析出倾向的增加、TCP相的析出)以及合金密度和成本的增加。另外,对于第四代及其后续的镍基单晶高温合金的设计,除依赖提高难熔元素含量和加入铂族元素稳定组织外,并无其他公开、有效的措施。现行措施也与现代工业追求低密度、低成本、环境友好的理念背道而驰。因此,深入认识镍基高温合金成分-组织-结构-性能之间的内在联系十分重要,亟待突破现有的合金设计理论。本文试图从最重要的长时力学性能之一的蠕变性能出发,分别对镍基单晶高温合金成分、组织结构、蠕变行为特点等方面进行了阐述,重点探讨了固溶元素、γ'体积、尺寸、形态、γ/γ'界面、堆垛层错能(SFE)、反相畴界能(APB)等因素对蠕变行为、蠕变机制的影响规律,分析了镍基单晶高温合金蠕变行为研究面临的问题,并展望其研究前景,以期能够深入理解单晶高温合金的强韧化机理,为新一代镍基单晶高温合金的设计提供一些思路。