喷丸强化对DD6单晶高温合金高温旋转弯曲疲劳性能的影响

研究了DD6单晶高温合金的喷丸强化,通过对比喷丸强化试样与未强化试样在760 ℃和650 ℃高温下的旋转弯曲疲劳寿命的增益特性,来确定单晶合金的喷丸强化效果.结果表明,喷丸强化可以提高DD6单晶高温合金在高温下的疲劳寿命,而且随着温度的升高疲劳寿命增益系数下降,在高温疲劳试验条件下喷丸试样形变表层中未发生再结晶.     

喷丸对一种单晶合金表面完整性和高温缺口疲劳性能的影响

研究了喷丸后单晶合金的表面完整性和高温缺口疲劳性能。喷丸后表面形貌采用白光干涉仪表征,扫描电镜,2个方向观察(平行于受喷表面和截面方向)高分辨透射电镜和电子背散射衍射分析,疲劳性能采用旋转弯曲疲劳模式表征。采用旋转弯曲疲劳极限表征了强化增益作用,并与喷丸显微组织建立联系。结果表明,在760℃到850℃区间,喷丸强化较原始加工状态的疲劳极限增益达到14.8%,主要原因是高密度的缠结位错、加工硬化和晶粒错配。此外,通过表面应力集中系数计算表明,即使在平均粗糙度Ra升高的基础上,喷丸强化后表面应力集中系数也降低。     

喷丸对DD6单晶合金表层状态及低周疲劳性能的影响

研究喷丸强化对单晶合金表面粗糙度、残余应力及梯度和组织形态等表层性能的影响,并通过低周疲劳性能实验评价喷丸参数的影响,结合表层性能和断口分析,探讨喷丸强化机理。结果表明:改进侧倾法适用于测试DD6单晶喷丸强化后的表面残余应力,极图法适用于测试喷丸强化残余应力梯度;经喷丸强化后,DD6单晶的低周缺口疲劳寿命明显提高,其中采用陶瓷丸、喷丸强度0.20 mmA试样的疲劳寿命最高,其平均寿命较原始试样提高6.5倍;随着喷丸强度提高,虽表面粗糙度增大,但DD6单晶残余压应力深度及表层位错密度增加,使其疲劳寿命延长。     

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。     

喷丸处理对马氏体时效超高强度钢疲劳性能的影响

通过喷丸处理改善固溶+时效态某马氏体时效超高强度钢的疲劳性能。采用成组法和升降法对喷丸前后试样进行应力比R=-1的旋转弯曲疲劳试验,得到喷丸前后试样的疲劳寿命及1×10⁷周次下的疲劳极限,采用双加权最小二乘法拟合喷丸前后试样S-N曲线。采用X射线衍射法测定喷丸后试样残余应力,并结合ANSYS有限元数值分析,研究了喷丸残余应力对某超高强度钢疲劳性能的影响。结果表明:喷丸可显著提高某超高强度钢的疲劳寿命和疲劳极限,喷丸后的疲劳极限约为喷丸前的1.37倍;喷丸后产生的残余应力使疲劳源远离表面,且外载应力越小,疲劳源距离表面越远,寿命提高的效果越明显。     

喷丸对DD6单晶合金高温疲劳性能的影响

用陶瓷丸CZ50对DD6单晶高温合金(简称DD6单晶)进行喷丸,研究喷丸后DD6单晶的表面形貌和650℃旋转弯曲疲劳应力-寿命曲线的变化。结果表明:喷丸消除了加工刀痕,缓和了表面应力集中;DD6单晶喷丸后疲劳极限达到486MPa,比未喷丸的原始试样提高了19.7%。喷丸后试样疲劳源呈现小刻面状的原因是由于喷丸强化层内较大的位错密度,裂纹扩展方向在距疲劳源30～50μm处出现变化,延长了单晶高温合金的扩展寿命。     

超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能影响

为了研究超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能的影响,对标准热处理的DD6合金进行1200℃/1 h、1200℃/50 MPa/1 h 2种条件高温短时热处理以模拟超温过程。采用SEM观察标准热处理、1200℃/1 h、1200℃/50 MPa/1h条件下的合金组织,在旋转弯曲疲劳试验机上测试了上述3种条件合金的高周疲劳性能。结果表明:1200℃/1 h的超温使DD6合金的γ'相尺寸稍微增大,立方化及均匀化程度明显降低,基体通道区域析出少量细小二次γ'相,γ/γ'相界面出现锯齿化现象;1200℃/50 MPa/1 h的超温使DD6合金γ'相尺寸增大,立方化及均化化程度明显降低,基体通道显著变宽,基体通道区域析出大量细小二次γ'相,γ'相产生了轻微的定向粗化;1200℃/1 h的超温使合金高周疲劳性能降低,1200℃/50 MPa/1 h的超温的合金高周疲劳性能与标准热处理合金的相当,合金800℃条件下的疲劳断口呈类解离断裂特征。     

超声喷丸对不同取向单晶高温合金组织与表面性能的影响

超声喷丸作为一种有效改善疲劳性能的手段在单晶材料方面得到一定研究,但喷丸振幅对不同取向镍基单晶高温合金微观组织及表面性能的影响尚不清晰。采用生长方向为[001]的国产第三代镍基单晶高温合金为研究对象,利用显微硬度计、SEM、TEM、XRD、EBSD等研究超声喷丸振幅（22.5μm、45μm、60μm）对不同第二取向（[100]、[110]）样品组织形貌及表面性能的影响。结果表明：振幅为22.5μm喷丸处理后的样品保持单晶合金原有的γ/γ组织形貌和原始取向,并在表面局部已经形成尺寸约为10 nm的纳米晶;[100]与[110]取向样品近表层硬度相比基体硬度分别最大提高75%和68.5%。大振幅（45μm、60μm）喷丸样品的γ/γ组织发生严重畸变;随着振幅的增大,原始取向强度逐渐减弱并产生新的择优取向,样品近表层的取向偏转更加显著且沿滑移带附近产生大量小角晶界。通过分析两取向样品的近表层硬度及EBSD结果可知,在相同振幅条件下,第二取向[100]样品的近表层应变硬化效果优于[110]取向样品。研究喷丸振幅对不同第二取向单晶高温合金性能及微观组织的影响,可为生产中合理控制单晶叶片第二取向及...     

喷丸强化DD6单晶合金低周疲劳寿命预测

目的 实现喷丸强化后DD6单晶合金低周疲劳寿命的准确预测。方法 开展了喷丸强化后DD6圆棒件低周疲劳试验,分析了喷丸强化对单晶合金疲劳寿命的影响机理。在此基础上,建立了各向异性材料喷丸强化工艺有限元模型,获取了喷丸强化所致残余应力分布与粗糙度。基于连续介质损伤力学,考虑残余应力与粗糙度对低周疲劳寿命的影响,建立了喷丸强化DD6单晶合金低周疲劳寿命预测模型。结果 喷丸强化后不同载荷下DD6单晶合金的低周疲劳寿命均得到提高,最大可提高108%;高温环境下残余应力松弛导致强化效果与试验温度成反比。喷丸强化工艺有限元模拟得到残余应力分布在试件表面深约130 μm的区域,表层残余应力为–380.16 MPa,应力集中系数为1.193,残余应力影响下的八面体Schmid应力幅值降低了10%左右。DD6低周疲劳试验结果在预测结果的2倍分散带以内。结论 喷丸强化可以有效提高DD6低周疲劳寿命,对低周疲劳寿命的影响机制为残余应力的引入与粗糙度的改变。所建立的喷丸强化单晶合金DD6低周疲劳寿命预测模型具有较好的准确性。     

镍基单晶高温合金的研发进展EI北大核心CSCD

单晶高温合金是先进航空发动机、燃气轮机的核心热端材料,单晶叶片要求高、制造工艺复杂、容错空间小,在高温、复杂应力、氧化和热腐蚀等苛刻环境下工作。本文概述了近几年镍基单晶高温合金在合金研制、组织性能演化和表征、近服役环境下力学行为评价以及叶片制造工艺等方面的研发进展,并简单介绍了难熔高熵合金等“下一代”新型高温结构材料的研发情况。     

喷丸对DZ4合金室温旋转弯曲疲劳性能的影响

采用喷丸对DZ4定向凝固高温合金进行表面强化,研究其表面形貌、粗糙度、显微硬度、组织结构等表面完整性的变化,在室温下进行光滑和缺口试样的旋转弯曲疲劳试验,分析喷丸强化在提高DZ4定向凝固高温合金室温下疲劳性能的机理。结果表明：喷丸强化可以提高光滑和缺口试样的疲劳性能,且对于具有应力集中的缺口试样强化效果不如光滑试样显著。     

型壳保温温度对DD98单晶合金组织和性能的影响

研究了不同的型壳保温温度对一种铸造单晶高温合金DD98铸态组织、热处理组织和持久性能的影响。结果表明，随着上下区型壳保温温度的升高，固液界面前沿的温度梯度增大，而糊状区的宽度减小。铸态下，随着上下区型壳保温温度的升高，其一次和二次枝晶间距均减小，枝晶间和枝晶干上的γ’尺寸差别减小，并且枝晶间的γ’形状也逐渐变得规则，合金的显微偏析程度降低。热处理后，高的型壳保温温度可获得尺寸细小的γ’和较少的残留共晶。合金的持久寿命随着型壳保温温度的升高而增加，但相应的持久延伸率降低。     

单晶高温合金DD6高温显微组织演化规律研究

我国自主研发的低成本DD6镍基高温合金,具有优良的拉伸性能和高温蠕变性能等,在涡轮机部件等领域具有广阔的应用前景。本研究从建立单晶叶片使用失效评价方式的角度出发,模拟叶片实际使用温度对DD6进行了加热处理,研究和分析了DD6合金在模拟使用温度下保温50 h后微观组织随温度的演化规律。研究发现,在模拟使用状态加热的过程中,随加热温度的升高,γ′相首先发生连接、合并,尺寸不断增大,随后向γ基体中溶解,这与Al、Nb等γ′相形成元素从γ′相向γ基体中的扩散有关。加热到1150℃以上在冷却到室温的过程中,较宽的基体通道内会析出颗粒状的二次γ′相,且二次γ′相颗粒随着加热温度的升高进一步长大。二次γ′相的析出是因为γ基体中Al、Nb元素过饱和引起了成分过冷,而其长大从热力学上看是为了减小界面能,从动力学上看与加热温度及长大时间有关。     

长期时效对一种镍基单晶高温合金组织演化及持久性能的影响

研究了长期时效对一种镍基单晶高温合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:800℃时效1000h后,γ′相仍保持立方体形态;980℃时效1000h、1010℃时效500h后,γ′相逐渐连接形筏。980℃时效500h、1010℃时效100h后,μ相以针状和颗粒状形态逐渐析出,980℃时随时效时间延长,μ相逐渐增加,1010℃时随时效时间延长,μ相先增加后减少。800℃长期时效后合金的持久寿命变化不大,980,1010℃时随时效温度升高和时效时间延长,合金的持久寿命递减。     

Low-Cycle Fatigue Behavior of a Nickel Base Single Crystal Superalloy at High Temperature

研究了2种高温条件下镍基单晶合金的低周疲劳行为。试验温度和总应变幅是影响合金低周疲劳寿命的2个主要因素,在相同温度下,低周疲劳寿命随应变幅的减小而增大;在同一应变幅下,870℃的疲劳寿命均小于760℃的疲劳寿命。二次细小y相有效阻碍了位错的滑移,提高了合金在760℃低周疲劳变形抗力,位错滑移带成为疲劳裂纹萌生及扩展的主要途径;870℃循环应力曲线前期出现短暂硬化和后期软化的现象,y’相逐渐粗化和高密度的位错缠结是循环软化的主要原因。局部应力集中与合金内微孔的交互作用是疲劳裂纹萌生的源头。     

Ta对一种镍基单晶合金微观组织及蠕变机制的影响

利用螺旋选晶法制备不同Ta含量的镍基单晶合金,研究Ta对合金微观组织及蠕变机制的影响.结果表明:Ta改变了合金中γ '相的形貌,随着Ta含量的提高,γ’相由椭圆形向方形转变;Ta促进了Mo在γ基体中的溶解,增大了合金的错配度;Ta对镍基单晶合金的高温蠕变寿命有较大影响,随着Ta含量的提高,合金的蠕变寿命增加;Ta促进了γ/γ’界面的位错网的发展与完善,影响了蠕变变形过程中位错的运动方式.     

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     

抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,随着抽拉速率的加快,单晶合金的铸态组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减少,合金元素的偏析降低,γ-γ'共晶含量减少,NiAl基β相含量逐渐降低.同时,抽拉速率对合金的相变温度影响不大.