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。     

气膜孔分布对DD6单晶高温合金高周疲劳断裂行为的影响

利用带不同电液束加工气膜孔分布的DD6单晶气冷叶片模拟试样,研究其在常温下的高周疲劳性能,并对试样断口及断口侧面形貌进行宏观与微观观察。结果表明:在相同的实验条件下,气膜孔的存在对试样高周疲劳寿命的影响较大,无孔试样的平均寿命约为带3排孔试样的4倍,但是气膜孔布局对疲劳寿命的影响相对较小。通过断口宏观与微观观察发现,无孔试样呈线源特征,而1~3排孔试样裂纹均从气膜孔附近起源,呈多源特征。根据断口和晶体学理论推测,对于无孔、1排孔和多排孔试样的中间部位,裂纹沿{001}滑移面扩展;而对于多排孔试样的上下2排孔孔周的裂纹沿{111}滑移面扩展。采用有限元方法分析4种不同试样孔边应力场的分布规律,数值模拟分析结果与试样的断裂位置及形貌吻合。     

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。     

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。     

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。     

TiAl合金高周疲劳行为的基本特征

综述了新型高温结构材料TiAl合金的高周疲劳行为基本特征,包括疲劳极限、疲劳强度和应力-寿命行为。分析TiAl合金高周疲劳S-N曲线特点发现,TiAl合金不具有疲劳极限,合金成分和组织形态是影响TiAl合金疲劳强度的关键因素。总结不同温度下的TiAl合金高周疲劳性能发现,当温度由韧-脆转变温度以下提高至该温度以上时,合金的高周疲劳寿命对循环应力变化的敏感性得到了明显改善。此外,还着重讨论了TiAl合金层片组织的疲劳寿命波动性问题,认为层片组织的随机取向是影响疲劳裂纹形核和小裂纹扩展过程的关键因素,从而导致合金高周疲劳寿命产生明显波动。根据该波动机理,探讨了增加TiAl合金高周疲劳寿命、降低其波动性的组织优化途径。     

单晶高温合金蠕变行为研究现状

综述了国内外单晶高温合金蠕变行为研究现状,分析了蠕变行为中γ′相定向粗化机理、蠕变各向异性和蠕变过程中位错演化问题,探讨了单晶高温合金蠕变行为的研究方向.     

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。     

单晶高温合金钴铝涂层的高温腐蚀行为研究

采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备了钴铝(Co-Al)涂层,研究了900℃下涂层的高温热腐蚀行为。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析了Co-Al涂层在高温热腐蚀过程中相结构、显微组织和化学成分的演变规律,结果表明:从腐蚀动力学曲线来看,表面涂覆Co-Al涂层的单晶合金的抗高温热腐蚀性能优于无涂层的合金基体;Co层可有效阻挡基体中的Cr元素向外扩散,使涂层表面形成一层连续纯净的Al2O3层,提高了涂层对合金材料的高温热腐蚀抗力;由于Al元素向外扩散,发生Co Al→α-Co相变,直至全部转变成α-Co相,涂层抗热腐蚀退化行为结束。     

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。     

Ti-2Al-2.5Zr合金的高温低周疲劳行为

研究了Ti-2Al-2.5Zr合金的高温(673K)低周疲行为,结果表明:Ti-2Al-2.5Zr合金的循环变形表现出初始硬化、随后软化和最后二次硬化的特征。在高温和较高应变幅((Δε_t/2)1.0%)条件下,材料的疲劳寿命高于室温下的疲劳寿命。随着应变幅的提高,高温673 K材料疲劳变形后形成的位错组态由位错墙逐渐演变成成熟的位错胞。多系滑移开动和塑性变形均匀性增强是高温Ti-2Al-2.5Zr合金疲劳寿命提高的原因。     

粉末高温合金的低周疲劳研究进展

参考了前人对粉末高温合金低周疲劳的研究成果,回顾了基于缺陷的裂纹萌生和扩展的研究情况,介绍了针对粉末高温合金的喷丸强化机理和作用,总结了几种寿命模型,其中修正Mitchell模型最适合粉末高温合金的寿命预测;得出了需加强粉末高温合金低周疲劳寿命模型及喷丸强化研究的结论。     

高温度梯度改进单晶高温合金的性能

对比了高温度和低温度梯度下ＮＡＳＡＩＲ１００单晶的组织和高温持久性能，发现高温度梯度降低单晶中显微疏松含量，减小树枝晶间距和显微偏析程度，使单晶具有较少的γ／γ共晶和较细的，形状较规则的γ沉淀，在相同的抽拉速率下，高温度梯度提高铸态ＮＡＳＡＩＲ１００单晶的高瘟持久寿命可达１１倍多。固溶处理进一步改进单晶的组织和高温持久性能。     

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.     

DD100单晶合金高温慢拉伸断裂行为研究

对ＤＤ１００单晶合金（００１），（２２１）和（１１１）三个结晶取向在不同环境下高温对慢应变拉伸断裂行为进行了研究，比较了它们在真空和空气环境下力学性能以及断口特征，初步讨论了其断裂机理，该单晶在结晶取向和试验条件相同时，空气中试样比真空中试样的强度值相差甚少，而延性同差得多。     

单晶高温合金铬改性铝化物涂层的高温氧化行为研究

采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备了铬改性铝化物(Cr-Al)涂层,研究了1050℃下该涂层在空气中的高温氧化行为。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析了Cr-Al涂层在高温氧化过程中相结构、显微组织和成分的演变规律,结果表明:经1050℃氧化300 h后,该涂层的氧化动力学曲线符合抛物线演变规律,Cr-Al涂层的涂覆提高了基体合金的抗高温氧化性能;高温氧化200 h内涂层保持良好的表面形貌,而经过300 h氧化后涂层出现了严重的氧化膜剥落现象;揭示了在高温氧化条件下Cr-Al涂层退化的相变过程,涂层区相结构转变过程为β-NiAl相→β-NiAl相(主)+γ′-Ni3Al相(次);扩散区相结构转变过程为β-NiAl相+析出相→β-NiAl相(主)+γ′-Ni3Al相(次)+析出相→γ′-Ni3Al相(主)+β-NiAl相(次)+析出相→γ′-Ni3Al相+析出相。     

TNM-Ti Al合金室温高周疲劳性能研究

采用升降法与成组法对TNM-TiAl合金试样进行了应力比R=-1的室温拉压疲劳和R=0.1的室温拉伸疲劳试验,得到TNM-TiAl合金的P-S-N曲线,并对断口进行了分析。结果表明:TNM-TiAl合金对应力十分敏感,R=-1和R=0.1时的曲线整体呈较为平直的斜线,R=-1时的疲劳极限为414.7 MPa,R=0.1时的疲劳极限为285.6 MPa。R=0.1的S-N曲线远低于R=-1的S-N曲线;R=-1时,应力幅与疲劳寿命的关系满足Basquin方程。疲劳试件宏观断口较为粗糙,静态拉伸宏观断口平整,两者差异较大。拉伸断口整体分为裂纹萌生区与扩展区,其中起裂源均位于试样表面或板状试件的边角棱线处,起裂源区域包括γ相的解理断裂面、片层团的沿层解理面以及β₀相平整的穿晶断裂平面等特征。疲劳断口整体分为裂纹萌生区、扩展区与瞬断区,其中裂纹萌生区分为表面沿层起裂和γ相起裂。TNM-TiAl合金的疲劳断裂为脆性断裂,主要体现在扩展区上大量的片层团穿层断裂、扭折撕裂、γ相解理断裂和β₀相穿晶断裂。同寿命量级下,R=-1的断口与R=0.1的断口断裂类型...     

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。     

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。     

单晶高温合金的研究进展

本文介绍了单晶高温合金的成分设计、制取工艺以及显微组织与性能间关系的最新研究进展。指出在设计单晶高温合金成分时,应充分考虑合金的工艺性能,综合考虑合金元素的作用,发展专项用途的单晶高温合金。籽晶法比选晶法能更准确地控制铸件的晶体取向,应大力发展高梯度定向凝固炉,同时发展高效高纯的熔化方式。初始γ′粒子为立方体状并定向排列时,往往具有优异的蠕变性能;负的晶格错配度越大,蠕变性能越好;单晶高温合金是高度各向异性的;显微疏松、夹杂显著影响单晶高温合金的性能。