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。     

时效析出对Al-Cu-Li合金疲劳性能的影响

通过室温拉伸、疲劳裂纹扩展速率测试、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等手段研究了Al-Cu-Li合金在143℃时效不同时间后的微观组织及力学性能。结果表明,在时效25～35 h阶段,合金强度快速增加,表现出较强的时效响应;而继续时效至65 h,强度增加幅度较小并达到峰值。不同时效时间（25、35、65 h）下合金的主要析出相都为T₁相,时效25 h后合金中T₁相尺寸细小且存在少量δ′相,可动位错可以切过析出相从而发生可逆滑移,增加疲劳裂纹偏转效应以及裂纹闭合效应,疲劳裂纹扩展速率最低,表现出较高的裂纹扩展抗力。随着时效时间的延长,T₁相尺寸及数量密度都有所增加,疲劳裂纹扩展速率增大。时效65 h后合金中T₁相尺寸明显增大,可动位错只能绕过T₁相从而产生应力集中,疲劳裂纹扩展速率明显加快,疲劳性能最差。     

Effect of surface recrystallization on the creep rupture property of a single-crystal superalloy

The effect of surface recrystallization by heating after shot-peening on the creep rupture property and fracture behavior of a single-crystal superalloy was investigated. The results show that the creep rupture property of the single-crystal superalloy was greatly influenced by surface recrystallization. A recrystallized surface layer with a depth of 101 μm resulted in a decrease in creep rupture life by nearly 50%, and an almost linear reduction of creep rupture life was observed with the increase of recrystallization depth. A lower strength of the recrystallized layer, inhomogeneous deformation between the recrystallized layer and the matrix, and stress concentration caused by notch effect resulted in the decrease in creep rupture life of the single-crystal superalloy.     

Surface recrystallization of single crystal nickel-based superalloy

As-cast single crystal (SC) superalloy samples were shot peened and then annealed at different temperatures to investigate the effect of annealing temperature on the surface recrystallization behavior of the SC superalloy. The results show that the depth of recrystallized layers increases with the increase of annealing temperature. Below 1200 °C, the recrystallization depth climbs slowly with temperature rising. Above 1200 °C, the recrystallization depth increases sharply with the rise of temperature. The morphology of recrystallized grains is significantly affected by annealing temperature. Below the γ′ solvus, cellular recrystallization may be observed. Above the γ′ solvus, recrystallization occurs through the growth of well developed recrystallized grains. In addition, the microstructure evolution of recrystallized grains at the homogenization annealing temperature was studied. It is found that recrystallized grains first nucleate in the dendritic core areas on the shot-peened surface and then grow inwards along the dendritic core areas. With the dissolution of the coarse γ′ precipitates and γ′/γ′ eutectics in the interdendritic areas, the recrystallized grain boundaries move through the interdendritic areas. Finally, the fully developed grains nearly have a uniform depth. The dissolution of primary γ′ precipitates is a critical factor influencing the recrystallization behavior of SC superalloys.     

Recrystallization of SRR99 single-crystal superalloy： Kinetics and microstructural evolution

As-cast SRR99 specimens were shot-peened and then annealed at 1250 and 1300°C for different times to investigate the kinetics of recrystallization.It was found that the relationship between annealing time and volume fraction of recrystallized grains could be described by the Johnson-Mehl-Avrami equation.Based on the kinetics analysis of the recrystallization process,the apparent activation energy for recrystallization was determined.In addition,the microstructural evolution during the recrystallization process at 1300°C was studied.Inwards,recrystallization first occurs in the dendritic core regions at the shot-peened surface.With the dissolution of coarse γ' particles in the interdendritic regions,the recrystallized grain boundaries move through the interdendritic regions.Finally,the fully developed grains nearly have a uniform depth.The recrystallization process at the shot-peened surface is similar to that of wrought materials,which includes nucleation of recrystallization,growth of recrystallized nuclei into the matrix,and growth of recrystallized grains by swallowing up each other.     

表面完整性对FGH96粉末合金高温低循环疲劳性能的影响研究

采用陶瓷弹丸和铸钢丸+陶瓷丸为介质对FGH96合金车削表面进行喷丸强化,引入3种表面完整性状态。研究了一次喷丸、二次喷丸和车削状态下表面形貌、残余应力场和高温低循环疲劳寿命。结果表明:二次喷丸强化在消除车削刀痕和表面平均粗糙度增大的同时,引入了底部圆滑的弹坑,二次喷丸后Kurtosis值趋于3,但强度较小的一次喷丸仅能够部分消除刀痕;同时,一次喷丸和二次喷丸后,表面残余压应力由车削的-446 MPa,提高到-1000～-1100 MPa,二次喷丸后残余压应力场深度由车削的100μm提高到250μm,一次喷丸残余压应力场深度与车削状态相当。在二次喷丸良好的表面完整性作用下,在650℃,ε_t=1.2%的试验条件下,相比于车削状态,二次喷丸后疲劳寿命提高108%;相比之下,一次喷丸提高21%;喷丸后疲劳寿命分散度减小。经过断口宏微观观察和反推分析说明,3种表面完整性状态的疲劳扩展寿命很接近,造成疲劳寿命差别的主要原因是裂纹萌生差别,二次喷丸的裂纹萌生寿命分别是一次喷丸的221%,以及车削状态的216%。利用工艺手段优化表面完整性是提高FGH96合金表面完整性和低循环疲劳寿命的关键。