M38镍基高温合金高温低周疲劳性能及断裂机制

对铸造镍基高温合金M38在900 ℃下的低周疲劳行为进行了研究.采取轴向总应变控制,应变比为-1,应变速率为1×10-2 s-1.实验结果表明:M38在900 ℃下具有与IN738LC接近的疲劳性能.在高应变幅时,疲劳裂纹主要萌生在表面碳化物等应力集中处;在低应变幅时,氧化对裂纹的萌生起重要作用,疲劳裂纹主要萌生于与试样表面相连的易氧化的富Cr晶界处和富Ti的碳化物处.在所有应变幅下,疲劳裂纹均沿垂直应力轴的方向穿晶扩展.     

DD6单晶高温合金低周疲劳断裂特征的研究

对DD6单晶高温合金在高温低周（980 ℃、760 ℃）及疲劳/蠕变交互作用的断裂特征进行了研究。结果表明：DD6单晶高温合金高温低周疲劳断口往往呈多源开裂特征,裂纹萌生于试样的表面或亚表面,疲劳裂纹在刚萌生时沿着一定的小平面进行扩展,扩展区主要由垂直于裂纹扩展方向的疲劳条带和河流花样组成,瞬断区为类解理台阶形貌,裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹的扩展,断口呈现与主应力约成45°的平面特征;低周疲劳/蠕变交互作用的断裂特征与相同应变条件下低周疲劳断口总体形貌相似,但也一些不同之处,如断口整体氧化严重、疲劳扩展区面积明显减小。     

第二代单晶高温合金的低周疲劳行为

研究了含0.34%Hf DD6单晶高温合金在760℃下的低周疲劳行为,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,含0.34%Hf DD6合金比含0.10%Hf的疲劳寿命稍有降低;其损伤以弹性损伤为主。疲劳裂纹萌生于试样表面、亚表面或试样内部后,先沿垂直应力轴方向扩展,后沿{111}面扩展。其断裂机制为类解理断裂。断口上有典型的疲劳条带。断裂组织分析表明,位错主要在基体通道中扩展,变形后期切过γ'相,形成滑移带。     

取向偏离度对镍基单晶高温合金DD10低周疲劳行为的影响

本文研究了特定试验条件下,镍基单晶DD10取向偏离[001]的程度对其低周疲劳行为的影响。结果表明：取向偏离度对DD10合金的低周疲劳行为影响明显。疲劳寿命随取向偏离度的增加而明显降低,在同等偏离度下,晶体取向靠近[001]-[011]的合金低周寿命优于取向靠近[001]-[11]的合金;分析发现：不同取向偏离度合金DD10低周疲劳寿命的差异源于其每循环周次的可累计塑性变形的差异。另一方面,取向偏离度对疲劳总应力幅和塑性应变幅的影响却截然相反,但对疲劳裂纹萌生和扩展方式影响不大。     

一种镍基高温合金的低周疲劳性能

研究了一种镍基高温合金在不同温度下的低周疲劳性能,分析了疲劳断口。结果表明,该合金循环应力响应行为表现出对温度和外加总应变幅很强的依赖关系,不同的循环应力响应行为可归因于位错、强化相和合金元素间复杂的交互作用。合金疲劳寿命与温度、外加总应变幅、氧化损伤程度有关。疲劳断裂行为受外加应变幅和氧化影响很大。     

镍基铸造高温合金低周疲劳研究进展

镍基铸造高温合金具有优异的高温性能,广泛应用于航空发动机涡轮叶片等热端部件之中。航空发动机涡轮叶片是发动机中工作环境最为恶劣、结构最为复杂的零件之一,在发动机运行过程中所产生的高温交变应力的作用下,合金承受着严重的应力、应变循环损伤,裂纹往往在合金中的薄弱区域形成并扩展,使合金以低周疲劳的模式失效,严重影响了合金的服役寿命,因此对合金低周疲劳性能的研究尤为重要。本文详细阐述了影响镍基铸造高温合金低周疲劳性能的表面缺陷、内部组织及缺陷、晶体取向和低周疲劳试验条件等四方面因素,从位错运动方式和形态变化特点出发,研究了不同温度下镍基铸造合金的变形机制,最后总结了合金低周疲劳寿命预测的应力应变准则、能量准则、损伤累积准则及临界面和临界距离准则。     

CMSX-4单晶高温合金在不同温度下的低周疲劳行为

研究了单晶高温合金CMSX-4在中温760 ℃和高温950 ℃下的低周疲劳行为。结果表明：在760 ℃下合金具有较长的疲劳寿命和较高的疲劳强度,断裂后断面高度差大并与应力轴方向呈45°角,裂纹沿着{111}面扩展;而在950 ℃下合金具有较短的疲劳寿命和较低的疲劳强度,断面与应力轴垂直,裂纹沿着{001}面扩展。低周疲劳断口的扫描电镜结果表明, 760 ℃试样表面的微孔是主要的疲劳源,而950 ℃试样表面的氧化层是主要的疲劳源且呈现多源开裂。低周疲劳断口的透射电镜结果表明,中温760 ℃下位错具有的平面滑移和波状滑移的变形机制,是由位错的平面滑移向波状滑移转变的过程;而高温950 ℃下位错主要通过交滑移和攀移进行运动。     

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。     

铸造Ni基高温合金K417的高温低周疲劳行为

研究了铸造Ｎｉ基高温合金Ｋ４１７在６５０－９００℃温度范围内总应变控制条件下的低周疲劳性能和断裂行为。对应变－寿命数据和循环应力－应变数据进行了分析,进而给出了Ｋ４１７合金在不同实验温度下的应变疲劳参数。合金在循环形变过程中可表现为循环硬化,循环软化或循环稳定。     

新型抗热腐蚀镍基高温合金K44的高温低周疲劳行为

研究了K44合金900℃低周疲劳性能和断裂行为。研究结果表明,该合金在循环形变过程中,首先表现出起始循环硬化或软化,随后循环稳定及最终失稳断裂三阶段。高应变幅下位错切割γ′相形成层错,降低变形阻力,合金表现出循环软化行为;低应变幅下位错在γ′相前塞积造成位错可动性降低,合金表现出循环硬化行为。疲劳裂纹主要萌生于试样表面或近表面缺陷处,以穿晶方式扩展;合金基体中块状碳化物对裂纹扩展起阻滞作用。     

铸造镍基高温合金K52的低周疲劳行为

研究了抗热腐蚀铸造镍基高温合金K52在室温和900℃的低周疲劳行为．对循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析，给出了K52合金在此温度下的疲劳参数．合金的循环应力响应行为在室温下呈现循环硬化，而在900℃时则呈现循环软化，原因在于循环形变过程中位错之间以及位错与析出相之间的相互作用．疲劳断口宏观和微观分析表明：裂纹主要萌生于试样表面或靠近表面的缺陷处；裂纹形成后垂直于加载轴方向扩展，试样呈穿晶断裂．     

铸造镍基高温合金M963的高温低周疲劳行为

对铸造镍基高温合金M963在900℃下的低周疲劳行为进行了研究,实验采取轴向总应变控制,应变速率分别为4×10-3 s-1和1×10-4 s-1.结果表明:在相同的总应变幅下,合金在低应变速率下具有较低的寿命,这归因于与时间相关的机制如氧化的损伤作用.疲劳断面以及纵向剖面的SEM分析表明,疲劳裂纹通常萌生于试样表面或亚表面的碳化物或铸造缺陷处.而当应变速率较低时,某些裂纹会在试样表面的枝晶间区域萌生.两种应变速率下疲劳裂纹开裂均呈穿晶形式.     

DD98M镍基单晶高温合金900℃高周疲劳行为

研究了无Re第二代单晶高温合金DD98M在900℃时的高周疲劳性能.结果表明:该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小,且缺口降低了合金的疲劳强度和疲劳寿命,900℃时光滑和缺口试样的疲劳强度分别为574和360 MPa;利用扫描电镜(SEM)观察疲劳试样的断口形貌,发现缺口试样为多裂纹源断裂,裂纹主要萌生于缺口根部应力集中区域,而光滑试样为单一裂纹源断裂,裂纹源起始于试样表面、次表面疏松处或碳化物处;利用透射电镜(TEM)观察疲劳变形后的位错组态,发现光滑试样中主要以基体通道中的位错滑移为主,高应力水平下会出现位错对切割γ′相,而缺口高周疲劳在高应力下主要变形机制为不全位错切割γ′相形成层错.     

一种镍基单晶高温合金870℃高周疲劳变形微观结构研究

摘 要：本文研究了一种镍基单晶高温合金在870℃℃时的高周疲劳性能及其变形组织结构。结果表明：该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小,870℃℃时光滑试样的疲劳强度为443MPa;利用透射电镜（TEM）观察疲劳循环试样的位错组态,发现在疲劳变形的初始和中期阶段,位错组态主要为界面位错,位错在基体通道中{111}面运动,并交互反应形成3维位错网络结构。当应力水平提高到550MPa以上时,在变形的末期,观察到高密度位错集中于位错滑移带及位错切入??r" 相现象。在循环应力和高温叠加作用下,基体通道中诱发析出大量圆形细小二次?r’? 相。二次?r"?相的析出有益于阻止基体位错的滑动,抑制位错切入?r"?相,有利于提高合金的疲劳强度。     

K40S钴基高温合金的高温低周疲劳行为——Ⅰ.疲劳性能

研究了K40S钴基高温合金在700℃和900℃温度条件下由应变控制的高温低周疲劳行为，对循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析，进而给出了K40S合金在此温度范围的疲劳参数，结果表明：与传统X-40合金相比，K40S合金具有优异的抗高温低周疲劳性能；合金的应力-应变响应行为在700℃时，呈现为循环强化，而在900℃时，为初期强化随后软化，且随着总应变幅的增加，强化效果均增强，上述行为归因于循环形变过程中位错-位错，位错-析出相及固溶原子间的相互作用。     

镍基单晶合金复杂应力状态低周疲劳寿命预测

根据损伤应变能释放率的定义表达式，将各向同性材料应力二三轴性因子拓展到正交异性材料，定义了含有3个弹性常数的镍基单晶应力三轴性因子。用它修正Mises应变范围作为疲劳损伤参量，可以显著消除晶体取向和多轴载荷对疲劳寿命的影响。用损伤应变能释放率作为热力学广义力描述正交异性材料的疲劳损伤过程，引入取向函数和损伤驱动力循环特征参数反映晶体各向异性对疲劳损伤的非线性影响以及循环载荷的交变特性，提出了单晶合金低周疲劳损伤模型。利用CMSX-2镍基单晶合金薄壁圆筒试样的拉一扭循环载荷低周疲劳试验数据和DD3镍基单晶合金缺口试样的低周疲劳试验数据，运用多元线性回归分析方法拟合模型的材料常数，试验所得数据分别落在2．5倍和2．0倍偏差分布带内。     

一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为

本文研究了一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为。结合对合金微观变形结构的观察,分析了温度、应变保持时间对合金低周疲劳性能的影响。结果表明,温度对合金的变形有着明显影响,在760℃以下合金呈现循环硬化,而在850℃和980℃时则表现为循环软化,这是由于合金在不同温度范围内具有不同的微观变形机制。在应变峰值、应变谷值以及同时在应变峰值和谷值分别引入保持时间后,合金的高温低周疲劳寿命均有一定程度的降低。     

应变幅对第二代镍基单晶高温合金DD11在980℃条件下低周疲劳性能的影响

通过对第二代镍基单晶高温合金DD11在980℃条件下的低周疲劳性能测试及表征,研究了在不同应变幅(△ε/2=0.5~1.2%)对循环应力响应行为和断裂模式的影响。建立了显微组织演变和疲劳行为之间的联系。实验结果表明,该合金发生了循环软化行为并且随着应变幅的提高,循环软化程度降低。γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽有利于位错运动的进行,因此造成了循环软化。当应变幅为0.5%时,位错回复也是造成循环软化的原因。随着应变幅增加至0.8%后,γ"的粗化以及垂直于加载轴方向的γ通道加宽程度降低,位错在两相界面上发生了塞积,造成了循环软化程度的降低。疲劳失效模式从扩展区的正断模式转变为了瞬断区的剪切断裂模式。本研究有利于建立单晶高温合金涡轮叶片疲劳失效模式、循环应力响应行为和组织三者的关系,对涡轮叶片的设计使用具有一定的指导意义。     

复杂应力状态下镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型

镍基单晶合金的低周疲劳（ＬＣＦ）晶体取向相关性和其弹塑性的晶体取向相关性有密切关系,基于所建晶体取向各向异性弹塑性晶体滑移模型,本文推导了复杂应力状态下镍基单晶合金低周疲劳寿命预测模型,结论为ＬＣＦ寿命与修正的滑移应变呈指数关系。在详细分析薄壁圆筒试样受拉－扭载荷下应力应变分布规律的基础上,利用不同拉－扭载茶下的低周疲劳寿命数据,对本文所提模型进行了成功的考核。     

颗粒间断裂在P/M镍基高温合金低周疲劳断口上的特征

粉末冶金(P/M)合金中由于原始颗粒边界(PPB)的存在,在力学性能试样断口上呈现颗粒间断裂。通过SEM、TEM、AES等手段对采用等离子旋转电极(PREP)制粉+直接热等静压(HIP)成形工艺的一种P/M镍基高温合金低周疲劳(LCF)断口上颗粒间断裂的形貌和类型进行了表征和分析,讨论了PPB的起因及其与疲劳裂纹在颗粒间萌生、扩展断裂机制的关系和颗粒间断裂对疲劳寿命的影响。结果表明:PREP+HIP工艺成形的镍基合金中的PPB由多种综合因素造成;PPB降低了合金的断裂韧性,直接影响颗粒间断裂程度;在LCF断口上,单颗粒成为裂纹源的占颗粒间断裂断口总数的67%,多颗粒裂纹源占17%,其他占16%;颗粒间断裂在LCF断口上的分布表征分为4级;颗粒间断裂越严重,对合金疲劳寿命影响越大。