DD6单晶高温合金模拟薄壁试样超高频振动疲劳

以具有空心气冷结构涡轮叶片用第二代镍基单晶高温合金DD6为研究对象,研究试样厚度对其超高周疲劳性能的影响。基于有限元方法结合实测设计了工作段厚度为0.5 mm的超高频振动疲劳薄壁试样,实测一弯共振频率达到1425 Hz左右,采用电磁振动台开展超高周疲劳实验,获取最高至10⁹周次的疲劳S-N曲线,并开展与标准旋转弯曲疲劳、标准振动疲劳实验数据的对比分析。结果表明：DD6单晶高温合金的疲劳强度在10⁷～10⁹周次范围内下降约25%,薄壁试样高周疲劳强度和同材料标准旋弯疲劳强度基本一致,略低于标准振动疲劳强度;薄壁试样的裂纹在危险截面的表面萌生,呈线源特征,疲劳扩展区存在两个扩展平面,呈现类解理特征。     

DD6单晶高温合金横向拉伸性能及其断裂行为

用籽晶法制备了DD6单晶高温合金横向试样,研究了DD6单晶高温合金在760℃,850℃和980℃下的横向拉伸性能及其断裂行为.结果表明,在上述三个温度条件下,DD6单晶高温合金垂直于[001]方向的横向拉伸性能与[001]方向的纵向拉伸性能水平相当,这表明DD6合金有优异的横向拉伸性能;760℃和850℃下的横向拉伸断裂为类解理断裂.980℃条件下的横向拉伸断裂为韧窝断裂.     

DD3单晶高温合金慢拉伸断裂行为的研究

研究了镍基单晶高温合金ＤＤ３在五种不同温度下的慢拉伸（拉伸速率为０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）的断裂行为。试验结果表明：杨氏模量在室温与８７３Ｋ之间具有反常变化，在８７３Ｋ以上ＤＤ３的弹性模量与温度关系具有正常变化；ＤＤ３单晶高温合金的屈服强度在室温和１０３３Ｋ（极点温度）之间保持不变，在１０３３Ｋ以上，屈服强度随温度升高急剧下降；在极点温度处ＤＤ３的延伸率最差；扫描电镜观察表明：从室温一直到１０３３Ｋ在ＤＤ３的拉伸变形过程中开动的滑移系具有强烈的择优性，从而导致变形的不均匀及断口上断面较平整。ＤＤ３的拉伸断裂在微观上主要呈现韧性断裂特征。     

单晶高温合金持久性能各向异性分析

为阐述单晶高温合金持久性能各向异性规律,收集了 Mar-M247、RR2000、DD6、PWA1484、CMSX-2、CMSX-4、Alloy454与SC7-14合金的持久寿命数据,调研文献探索其影响因素,总结了近<001>取向小角偏离对持久寿命的影响,研究晶体取向与持久寿命间的关系,定量分析了温度对持久性能各向异性的...     

表面再结晶对单晶高温合金SRR99中温持久性能及断裂行为的影响

利用喷丸预变形,研究了表面再结晶对SRR99单晶高温合金中温持久性能及断裂行为的影响.结果表明,表面再结晶对单晶合金中温持久寿命影响很大,760℃ /785 MPa条件下,厚度约为103μm的再结晶层(约占试样横截面面积8％)使合金中温持久寿命下降了约90％.再结晶层几乎没有承载能力,基体承受的实际应力增大,是导致合金持久性能下降的主要原因.此外,再结晶层与基体界面处的缺口效应也会使合金的持久寿命进一步降低.760℃/785MPa条件下,未再结晶试样的微观断裂方式为微孔聚集型断裂与滑移剪切断裂共存的混合型断裂,而再结晶试样则以纯滑移剪切的方式断裂.     

DD100镍基单晶合金的高温断裂分析

通过对DD100单晶合金组织、断裂等方面的研究，探讨了影响单晶的断裂延性的因素。当DD100单晶合金中加入适量Hf元素后，单晶合金中无明显的疏松孔洞，γ／γ'共晶数量增加。发生瞬间断裂的不含Hf元素的试样中存在亚晶界、疏松孔洞以及γ／γ'共晶，但亚晶界的危害超过后两者。     

DD6镍基单晶合金气膜孔薄壁平板高温蠕变性能

采用气膜孔薄壁平板试样模拟冷却叶片,并与无气膜孔薄壁平板试样蠕变试验结果进行对比,研究了气膜孔对镍基单晶合金冷却叶片模拟试样高温持久断裂寿命的影响.试验结果表明:在950℃和377MPa条件下,无气膜孔薄壁平板试样的高温持久断裂寿命大约是气膜孔薄壁平板试样的2倍,扫描电镜(SEM)断口分析可以看出蠕变损伤首先发源于气膜孔周围并在气膜孔边缘开始起裂.基于晶体塑性理论建立单晶材料蠕变数值计算模型,将其编入Abaqus用户子程序中,对气膜孔和无气膜孔两种薄壁平板试样进行模拟分析.模拟结果显示在气膜孔周边存在应力集中和应力重分布,数值模拟分析结果与试样的断口表面形貌吻合.为便于工程应用,将高温持久断裂寿命与十二面体滑移系最大分切应力幅表达成指数关系,蠕变试验结果表明此式在该应力、温度条件下具有良好的精度.     

（001）取向DD100单晶合金高温慢拉伸断裂行为研究

通过对单晶［００１］取向的慢拉伸断裂行为研究发现,与真空中相比,空气中氧对单晶７６０℃温度下慢拉伸性能以及８５０℃温度下慢拉伸强度影响不大,但使８５０℃时单晶的延性下降;氧的存在不影响单晶的断裂方式,而改变单晶拉伸试样表面裂纹的扩展;空气中慢拉伸断口的主裂纹源位于断口边缘,而真空中主裂纹源则位于断口中间部位;无论是真空还是空气中,慢拉伸断裂为多源开裂,断口中存在（００１）方形结晶面包围的孔洞。     

DD6单晶合金循环蠕变性能研究

采用含与不含气膜孔平板试样,研究了[001]、[011]和[111]晶体取向在980℃不同保载时间和应力条件下的镍基单晶合金DD6的循环蠕变性能。研究发现,DD6单晶合金的高温蠕变疲劳性能存在明显的方向性,试样形状及表面状态是影响单晶合金寿命的重要因素,特别是气膜孔的存在显著地降低了材料的循环蠕变寿命;不含气膜孔平板试样蠕变损伤起主要作用,含气膜孔平板试样疲劳损伤起主要作用。同时,在高温条件下,不同保载时间的蠕变和疲劳损伤对试件的破坏起重要作用,蠕变与疲劳的交互作用会大大缩短材料的使用寿命。     

激光加工气膜孔对定向凝固高温合金薄壁持久性能的影响

采用定向凝固无余量精铸工艺制造的接近于空心涡轮叶片形状和壁厚的管状薄壁（δ＝１．２ｍｍ）试样,研究了激光加工孔对定向凝固高温合金薄壁持久性能的影响。结果表明,在９００℃／３７０ＭＰａ下,与没有孔的薄壁试样相比,有一排孔的试样持久性能没有明显降低,有两排孔的试样持久寿命略有下降。显微分析表明,激光加工孔对组织没有明显的影响,只是稍微减小了承载面积,而且只有在出现两排激光孔时才有所表现。     

单晶高温合金中的碳化物演化及其作用的研究

研究了一种含微量(0.015%)碳的镍基单晶高温合金在热处理和持久过程中的碳化物演化机制以及各种碳化物对合金持久性能的影响.研究结果表明:含有少量碳的合金在枝晶间区域形成少量的MC碳化物;部分MC碳化物在合金热处理和持久试验过程中发生了由MC向M6C的碳化物转变;在较高温度的持久实验过程中,有立方形的二次M6C碳化物析出,在较低温度下,有二次M23C6碳化物共格析出,两者都起到阻碍位错运动的作用.与基体合金相比,含微量碳的单晶高温合金的持久性能较高.     

不同热处理温度对吹砂后DD3合金持久性能的影响

对标准热处理后的第一代单晶高温合金DD3吹砂,然后采用不同温度进行热处理,研究了吹砂后热处理温度对合金1000℃/195 MPa持久性能的影响.结果表明,1050℃时,合金未发生再结晶,但析出粗大γ′相,持久性能有所降低;1150℃时,合金发生再结晶,再结晶使合金的持久性能明显降低;1250℃时,合金也发生再结晶,但由于合金母体组织均匀,γ′相细化且立方化较好,致使该条件下合金持久性能仍然保持在较高水平.     

Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响

通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～ 1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.     

小角度晶界对单晶高温合金DD6持久性能的影响

在800℃,850℃和900℃的温度条件下,研究小角度晶界对第二代单晶高温合金DD6持久性能的影响.结果表明,带有小角度晶界合金的持久性能低于[001]取向DD6合金的持久性能.并且,随着晶界角度的增加,持久性能具有明显的降低倾向.晶界角度较大时,带有小角度晶界合金的持久性能明显低于[001]取向的性能.晶界角度较小时,与[001]取向相比,800℃温度条件下带有小角度晶界合金的持久性能明显较低;而在850℃和900℃的温度条件下,尽管带有小角度晶界合金的持久性能较低,但数值与[001]取向的性能相差不大,表明随着温度的升高,小角度晶界对持久性能的影响减弱.     

应力对DD5单晶高温合金持久过程中析出相的影响

利用扫描电镜和透射电镜研究了DD5单晶高温合金在持久性能测试过程中试样不同位置析出相的析出规律,分析了应力对析出相析出行为的影响并鉴定了两种析出相的种类。研究结果表明该合金在1 038 ℃/172 MPa条件下随着局部拉应力的增大,枝晶间和枝晶干析出相数量都明显增加;合金在871 ℃/552 MPa条件下只在枝晶间区域析出少量粒状析出相,且随拉应力的增大,析出相数量有所增加;透射电镜分析表明合金的枝晶干区域的析出相主要为μ相,枝晶间析出粒状析出相主要为M₂₃C₆碳化物相。     

DD3单晶合金瞬间过渡液相扩散焊接头组织与性能

采用粉状中间层合金D1P和非晶态箔状中间层合金D1F对镍基单晶高温合金DD3进行了TLP扩散焊,并对接头组织与性能进行了分析研究。试验结果表明,D1P粉状中间层合金TLP扩散焊接头中存在明显的组织不均匀现象,经过高温长时间保温才可消除,而采用D1F非晶态箔状中间层合金TLP扩散焊DD3合金更易获得与母材组织一致的接头。在合适的规范下,两种中间层合金扩散焊的DD3合金接头980℃持久强度均达到或超过母材的90%。     

DD3单晶高温合金拉伸蠕变各向异性

研究了镍基单晶高温合金ＤＤ３（００１）,（０１１）,（１１１）取向光滑圆拉伸试样在７６０℃,８５０℃,９５０℃典型应力条件下的拉伸蠕变特征。试验发现,在较高蠕变应力水平时,ＤＤ３ 单晶合金具有明显且复杂的拉伸蠕变各向异性,且蠕变变形率及其对应力增加的敏感性的强弱顺序会随温度变化而发生变化。这归因于该合金的成分特征、蠕变应力、晶体取向决定的蠕变主滑移系类型（八面体、立方及二者混合）及位错移动动力学特点的不同