DD6单晶合金蠕变特性及断裂机理

在500MPa、900℃和300MPa、1000℃两种环境条件下,通过实验研究了[001]、[011]、[111]三种取向的镍基单晶合金DD6的蠕变特性及断裂机理。结果表明:DD6单晶高温合金蠕变性能具有明显的晶体取向相关性,在相同的温度和应力条件下,三种取向的单晶合金寿命差别很大,温度是影响[001]取向单晶合金蠕变寿命的主要因素,而应力则是影响[011]和[111]取向单晶合金蠕变寿命的主要原因。同时,晶体取向和实验条件的不同,都会使最小蠕变率发生变化,随着温度的升高,不同取向晶体的各向异性减弱,相同条件下,[111]取向最大蠕变量最大,[001]取向次之,[011]取向最小。而晶体取向对断裂机理有直接的影响,[001]、[111]取向DD6单晶合金的断裂是由微孔引起的断裂,[011]取向的DD6单晶合金在900℃、500MPa条件下的蠕变断裂为滑移断裂,1000℃、300MPa条件下的断裂为滑移面断裂和韧窝断裂二者兼有的混合型断裂。     

DD6单晶高温合金760℃的蠕变性能研究

研究了[001]、[011]和[111]取向760℃不同应力条件下的第二代单晶高温合金DD6的拉伸蠕变性能.结果表明:DD6合金具有明显的拉伸蠕变性能各向异性;在相同的试验条件下,蠕变寿命以[111]、[001]、[011]顺序依次减小;不同取向的稳态蠕变速率不同;三个取向的基体通道类型不同,不同类型基体通道的应力大小不一,小应变量下的蠕变变形主要集中在应力水平较高的基体通道.     

DD6单晶高温合金980℃蠕变性能研究

研究了第二代单晶高温合金DD6的[001],[011]和[111]取向980℃不同应力条件的拉伸蠕变性能.结果表明,DD6合金的蠕变性能良好,并具有蠕变各向异性;与[011]和[111]取向相比,应力对[001]取向的合金蠕变寿命影响较小;蠕变过程中由于晶体转动[001]结晶取向与主应力轴方向偏离度逐渐减小,而[011]和[111]结晶取向与主应力轴方向偏离度有所增加;[001]取向的合金加工硬化倾向性较大,[011]和[111]取向的合金加工硬化倾向较小.     

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。     

疲劳-蠕变交互作用的寿命预测探讨

从反映物系运动过程的能量守恒定律和动量守恒定律出发,对材料疲劳-蠕变交互作用下的破坏过程进行了分析,推导出一个新的疲劳-蠕变交互作用的寿命预测模型.与已有的疲劳-蠕变交互作用寿命预测模型相比,本文提出的模型具有适用性强(对于应力控制模式和应变控制模式均适用)、形式简单、所需参数少和应用方便等优点.为检验本文提出模型的准确性,进行了1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃和520℃环境下应力控制的梯形波加载试验,用本文提出的模型进行了上述两种温度环境下的疲劳-蠕变交互作用的寿命预测,预测结果与实际测量结果符合较好.     

蜂窝纸板低周疲劳及蠕变复合作用下的损伤研究

对蜂窝纸板在低周疲劳和蠕变作用下的损伤进行了研究,并采用梁柔量作为损伤参量.研究结果表明:在80%应力水平下,梁柔量在疲劳和蠕变作用下演化规律可分为:快速增加、稳定增加和梁加速断裂3个阶段.随着蠕变保载时间的增加,蜂窝纸板的蠕变寿命分数和疲劳寿命分数均下降很快.蜂窝纸板蠕变寿命分数与蠕变保载时间几乎成线性关系下降,且蠕变寿命分数远远大于疲劳寿命分数.随着蠕变作用时间的增加,疲劳/蠕变损伤的负交互作用加剧.     

GH33A合金在蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展特性

通过对 GH33A 合金在蠕变与疲劳复合加载条件下的系列试验,发现拉伸保时使蠕变与疲劳发生了交互作用,加快了疲劳裂纹扩展速率,加速裂纹早期进入失稳扩展,大大降低了疲劳寿命。GH33A 合金具有良好的抗蠕变裂纹扩展能力,但疲劳裂纹扩展阻力较低。由此讨论了拉伸保时对裂纹扩展的影响,并对在蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展模型作了探讨。     

DD3单晶合金蠕变性能的实验研究

对三种不同试验条件下DD3合金的蠕变寿命、蠕变曲线、断口及不同蠕变阶段的显微组织和对应的筏化宽度进行了分析.结果表明:中温条件下应力对DD3合金蠕变寿命影响显著;较高温度时,温度或应力的增加均可促进微孔和韧窝的长大,此时的断裂模式为微孔聚集型断裂;蠕变过程是γ'相发生定向粗化、形成筏排和解筏的过程,筏化形成的快慢和解筏过程直接影响合金的蠕变寿命.     

托盘用竹木复合层合板在疲劳/蠕变交互作用下断裂损伤研究

研究了在疲劳/蠕变交互作用下竹木复合层合板的断裂损伤行为.结果表明,在交变载荷最大值为75%的应力水平下,其疲劳/蠕变断裂曲线为3段式曲线;在55%的应力水平下,15小时内其疲劳/蠕变曲线为两段式曲线.随着最大载荷保持时间的增加,层合板的断裂寿命降低.在疲劳/蠕变交互作用下层合板的破坏形式主要为纤维撕裂、界面剪切破坏和层间开裂3种形式的综合表现.影响疲劳/蠕变断裂寿命分散性的因素主要有层合板的铺设结构、木材缺陷和竹材结构等的影响.     

单晶高温合金DD6拉伸性能各向异性

研究了[001],[011],[111]取向第二代单晶高温合金DD6的拉伸性能与断口组织。结果表明:DD6单晶高温合金存在拉伸各向异性,850℃以上[001]取向DD6单晶高温合金的抗拉强度与屈服强度分别高于[011],[111]取向合金的强度,[001],[011],[111]取向DD6单晶高温合金的拉伸断口具有类解理断裂与韧窝断裂的特征。     

DD6单晶高温合金振动疲劳性能及断裂机理

研究[001]取向的DD6单晶高温合金的室温振动疲劳S-N曲线,并获得了其室温振动疲劳极限。利用体视显微镜、扫描电子显微镜、背散射衍射等手段对DD6单晶高温合金振动疲劳断裂机制进行分析。结果表明:采用S-N法估算得到的[001]取向的DD6单晶高温合金室温振动疲劳极限约为337.5MPa。振动疲劳裂纹断口呈现单个或多个沿{111}晶体学扩展平面组成的形貌特征,断口上分为疲劳源区和疲劳扩展区两个阶段,裂纹在应力最大截面处的表面或内部缺陷处萌生,呈单源特征,疲劳扩展区呈现类解理断裂特征,未出现典型的疲劳条带特征。说明沿{111}晶面滑移是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要变形机制,断口上的类解理扩展平面以及微观上类解理花样是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要特征。     

单晶高温合金DD6不同状态下的元素分布与力学行为

选择3mm/min和8mm/min两种抽拉速率通过螺旋选晶法制备[001]方向的DD6单晶高温合金,测试合金枝晶间与枝晶干的元素分布,研究了两种工艺合金的持久性能和断裂特征;利用EPMA电子探针测试了3mm/min抽拉速率DD6合金经0.1%、0.2%、0.5%蠕变应变后枝晶间与枝晶干的元素分布,并通过纳米压痕仪测试了枝晶间与枝晶干的弹性模量和硬度。结果表明,抽拉速率较小时DD6合金枝晶组织更粗大,元素偏析程度较大,抽拉速率对合金持久寿命的影响不大;随着蠕变应变的增加,合金枝晶间与枝晶干弹性模量和硬度的差值逐渐增大,这与合金元素的再分布紧密相关,特别是与难熔元素Ta、Hf、Mo和Nb随着蠕变应变的变化而发生再分布有关。     

热等静压对第二代单晶高温合金DD6显微组织和力学性能的影响EI北大核心CSCD

通过1280,1300℃和1320℃3个温度的热等静压实验,对比分析热等静压对第二代单晶高温合金DD6显微组织和力学性能的影响。结果表明:热等静压能够显著减少显微疏松,尤其是经过1300℃/100MPa,4h热等静压处理的合金内部显微疏松含量从0.31%降低到0.04%。提高热等静压温度能显著减少共晶含量。热等静压对合金的持久性能没有明显影响,但能显著提高DD6单晶合金的低周疲劳性能。经过1300℃/100MPa,4h热等静压处理的合金疲劳寿命较经过标准热处理的疲劳寿命提高了一个数量级,这与热等静压显著减少合金中的疏松孔洞相关。     

A new empirical life prediction method for stress controlled fatigue-creep interaction

Based on the Hull-Rimmer creep cavity growth theory, a new life prediction method is developed taking the equivalent grain boundary cavity radius as a damage parameter. This method is applicable for stress controlled mode. It involves the effects of fatigue, static creep and cyclic creep during the fatigue-creep interaction. By employing this method, the fatigue-creep life is assessed for 1.25Cr0.5Mo steel at 520 °C and 540 °C. The predicted lives are compared with the tested ones and a good agreement is found between them.     

High-temperature fatigue: Example of creep lifetime prediction for grade 2 alloy 800 at 550°C

Summary Experimental data on the material characteristics of structures subjected to thermal and mechanical cycling are needed for designing structural parts for creep and creep-fatigue interaction. Moreover, high-temperature low-cycle fatigue data are not sufficient to predict the fatigue creep lifetime.In order to check the reliability of steam generators, tests on pipe materials are conducted under cyclic thermal loading. The tests have been performed on an iron-nickel chromium alloy (alloy 800) in grade I condition. Isothermal low-cycle fatigue tests have been conducted at 350°C. For creep-fatigue tests, the strain was held constant during a variable relaxation period. To be representative of the service conditions, the duration of the hold time was equal to 168 hours with a total strain amplitude of 1.5%. Two damage processes are examined: fatigue and creep. The data are combined in three different models given by Cailletaud, Chaboche and Bul-Quoc. These models are used to predict fatigue-creep lifetime for very long hold periods. They were verified with the hold times of 1 week. It appears that the quality of the fatigue-creep lifetime predictions depends strongly on the quality of the creep relaxation phenomenon model. Comparison between prediction and experimental data Is quite satisfactory.Translated from Published in Problemy Prochnosti, No. 4, pp. 36–42, April, 1994.     

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。     

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。     

Some recent developments of advanced titanium alloy and nickel base superalloys in BIAM

A brief review of recent research and development works of some advanced Ti alloys and Ni base superalloys in the Institute of Aeronautical Materials, Beijing (BIAM) is reported. In which, the tensile deformation and fracture characteristics in an - Ti alloy, the creep behavior of Ti₃Al intermetallic alloy and effect of heat treatment and crystal orientation on the creep properties of a single crystal Ni base alloys DD3, are presented. The applications of the above mentioned alloys in aeronautic industry are described.     

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...