改进DD3单晶高温合金热处理工艺的研究

对DD3合金进行差热分析和物理化学相分析,并依据该结果确定了改进的热处理工艺.研究了该热处理工艺对DD3合金的组织及性能的影响.试验结果表明,改进的热处理工艺改善了组织均匀性,增大了γ'平均尺寸,改善了γ'尺寸分布范围,同时提高了γ'含量,特别是大尺寸γ'相含量,从而显著提高了DD3合金760～1038℃的蠕变性能.     

单晶高温合金DD3的相特征

利用物理化学相分析方法研究第一代单晶高温合金DD3的相特征。通过相萃取分析热处理前后γ′相和碳化物相的组成、含量及其结构式,并对比分析不同状态下DD3合金的强化相粒度、基体相成分及元素分配行为的变化。热处理前后的相特征分析表明,热处理不仅提高DD3合金γ′相含量、减小γ′相粒度,还改变合金元素的分配行为,提高γ′相的强度和稳定性。热处理的过程是γ′相得到强化的过程。     

DD3单晶弹粘塑性损伤本构模型

介绍了DD3单晶高温合金宏观各向异性,弹粘塑性损伤本构模型的建立过程,推导了模型中的DD3单晶损伤演化方程;对模型的结构和特点作了简要分析。对模型材料常数的标定方法作了简单的讨论。利用DD3单昌材料的实验数据,对950℃下的模型材料常数进行了具体标定,给出了标定结果。给出了模型的预测结果和试验结果的对比曲线,从这些曲线可以看出,该模型能够比较准确地描述单晶的力学行为特点,可望用于单晶叶片的结构分析。     

DD3单晶高温合金改进热处理工艺后的力学性能

在提高DD3单晶高温合金蠕变性能的热处理工艺改进研究基础上,研究了改进热处理工艺条件下DD3合金的力学性能,并研究了改进后的热处理工艺与叶片涂层工艺的匹配性.对比了国内外单晶合金的性能与成本,结果表明,改进热处理工艺显著提高了合金的综合性能,改进热处理工艺后的DD3合金在140MPa/100h条件下的承温能力达到107...     

晶向对DD3单晶叶片固有频率的影响

分析了晶向对某DD3单晶涡轮叶片固有频率的影响规律。用有限元法分析了该叶片的前 6阶静频和 4 5 0 0 0r/min工作转速下该叶片的前 6阶动频在上述晶向范围内的变化规律。通过分析发现 ,第二欧拉角对该叶片的低阶固有频率影响较大 ;而第一、三欧拉角对该叶片的高阶固有频率影响较大 ;当第二欧拉角为 0°时 ,叶片固有频率随第一或第三欧拉角增大而周期性变化 ,每 90°为一个周期 ;在高温工作状态 ,因存在由弹性模量下降引起的结构软化和由离心力作用引起的结构刚度加强 ,使叶片的动频在量值上与静频相当 ,且晶向的影响减弱。     

DD3 单晶粘塑性损伤本构模型研究

介绍了建立DD3单晶高温合金本构模型的理论和过程,详细推导了DD3单晶损伤演化方程,简要分析了模型的组成和特点。简单讨论了模型材料常数的标定方法,具体标定了950℃下的模型材料常数。给出了模型的预测结果和试验结果的对比曲线,从中看出,该模型能够较准确地描述DD3单晶的力学行为特点,可望用于单晶叶片的结构分析。     

正交各向异性材料屈服准则研究

首先回顾了Hill屈服理论和Tsai—Wu屈服理论,然后用Hill屈服函数预测了某单晶材料[110]方向的屈服极限。通过与试验结果的比较发现,将Hill理论应用于这种材料的误差较大。根据单晶材料的特点,提出了一个工程上实用的正交各向异性材料的屈服函数,同时给出了该屈服函数的参数的确定方法,并将这个屈服函数推广到了定向结晶材料和单晶材料。用曲线图示出了该屈服函数所确定的定向结晶材料和单晶材料的屈服面,并与试验结果和Hill屈服函数的计算结果进行了比较。     

镍基单晶DD3涡轮叶片蠕变寿命晶向相关性分析

基于三维正交各向异性弹性有限元分析和晶体滑移理论，分析了单品涡轮叶片在其工作状态下的应力状态和蠕变寿命与叶型积叠线方向的晶体取向偏角、随机取向的晶向角之间的关系。分析结果表明：叶型积叠线方向的晶体取向偏角和随机取向的品向角，对单晶叶片的应力状态和蠕变寿命具有较大的影响，但二者对叶片蠕变寿命的影响规律是不同的。充分利用品体取向偏角和品向角，在不增加叶片重量的前提下，有利于进一步发掘材料潜力。因此对单晶叶片的晶向进行优化设计，具有重要的工程应用价值。     

单晶叶片材料拉/压屈服特性的力学研究

在Ni基单相(γ′)单晶合金拉/压屈服规律的基础上,对单晶叶片材料(γ′和γ两相)进行了分析。给出了一组能反映其屈服规律的力学表达式和分析程序,并用实验结果进行验证。     

一级时效对DD3单晶高温合金蠕变性能的作用

根据DD3合金的热分析和相分析结果,设计了以增大.γ'平均尺寸、改善γ'尺寸分布和提高析出相含量为目的的时效和固溶处理制度,进行了提高DD3单晶高温合金蠕变性能的热处理工艺研究.结果表明,增加一级高温时效处理可使γ'相尺寸明显增大;高温时效温度高于1080℃时,γ'相过分长大;1060℃/4h时效处理后,γ'相组织最优;配合在1265℃/4h的固溶处理,γ'相含量得到提高的同时,合金蠕变、拉伸性能优异.组织与性能研究证明,加入一级高温时效处理的新工艺可使DD3合金组织得到明显优化,760～1038℃范围内的蠕变性能获得显著提高.根据该结果,新的热处理工艺确定为:1265℃/4h,AC+1060℃/4h,Ac+870℃/32h.     

镍基单晶合金DD3的寿命预测模型

探讨了镍基单晶合金在承受机械载荷和温度载荷时的寿命预测模型。基于疲劳 -蠕变试验及热机械疲劳 -蠕变试验 ,分析了各影响寿命的主要因素。典型断口的 SEM分析表明 :断口由小剖面组成 ,在小剖面的中心 (附近 )有形核于铸造缺陷的小空穴 ,这些小孔洞有不同程度的长大 ,相对于蠕变 ,疲劳断口的小空穴数量 (密度 )明显增加。详细的观察表明 ,这些空穴对高温带保载的疲劳断口而言 ,承受拉伸保载的断口上的空穴明显较承受压缩保载断口上的空穴大。概括而言 ,镍基单晶合金的破坏受到的影响为空穴扩张和材料消耗 ,对蠕变、疲劳和热疲劳都相同。针对镍基单晶合金叶片的温度、载荷特点 ,可以用线形寿命模型统一描述工作寿命。     

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。     

DD6单晶叶片射线检测中常见疑似缺陷显示的试验研究

针对DD6单晶叶片射线检测底片上出现的一些疑似缺陷,作者从理论分析和具体实验两方面进行了研究.从叶片的材料性能和铸造角度分析,DD6单晶叶片可能存在孔洞类的内部冶金缺陷.而设计的具体实验则是将收集的11片叶片样品进行解剖,并将断面与其射线底片进行对比,得出结论:这些疑似缺陷并不是金属内部冶金缺陷,而是表面缺陷.     

Surface Recrystallization in Nickel Base Single Crystal Superalloy DD6

The samples of single crystal superalloy DD6 are grit blasted and then heat treated either with the standard heat treatment procedure or in the temperature range of 1 000-1 250 °C for 4-16 h at vacuum atmosphere, then the recrystallization behavior of DD6 alloy is investigated. The results show that the equiaxed recrystallization grains form in the γ phase region where the as-cast γ′ phases have been dissolved completely, and cellular recrystallization forms in the region where the as-cast γ′ phases have been dissolved partially. The cellular recrystallization area consists of cellular grains, and the cellular grain consists of cubic γ′ phase, lamellar γ′ phase and γ+γ′ The coexistence of the equiaxed recrystallization zones and cellular recrystallization zones is a recrystallized characteristic of the cold worked single crystal samples which are heat treated at a temperature lower than the solution temperature. When the heating temperature is higher than 1 150 °C, with the increase of heat treating temperature, the equiaxed recrystallization zone expands, whereas the cellular recrystallization zone shrinks. All the deformed regions are consumed by equiaxed recrystallization after annealing at solution temperature.     

DD6单晶冷却涡轮叶片模拟试样蠕变寿命研究

研究了DD6单晶冷却涡轮叶片模拟试样中气膜孔对蠕变寿命的影响。分别对带气膜孔和不带气膜孔的薄壁圆管试样进行了蠕变测试,带气膜孔试样作为冷却叶片模拟件,不带气膜孔试样与之比较。900％与1000％的蠕变试验结果表明：在相同应力条件下,壁厚为2．0mm试样的蠕变寿命要比壁厚为1．5mm试样的长,带气膜孔试样的蠕变寿命要比不...     

镍基单晶高温合金DD11杂晶形成的过冷度时间判定

以第二代镍基单晶高温合金DD11为研究对象,参照工程单晶铸件横向突变结构设计平台试样进行浇注及定向凝固实验。采用光学显微镜(OM)观察平台晶体组成及其形貌特征,并借助差热分析法(DSC)研究DD11合金的过冷效应。以过冷度时间(ΔT/v)判定杂晶形成条件,探讨平台尺寸、空间位置及抽拉速率对杂晶形成倾向性的影响机制,并研究定向凝固过程中的杂晶形成规律。结果表明,当抽拉速率为2mm/min时,外侧平台长度从8mm到26mm均未形成杂晶,而内侧平台尺寸超过18mm时开始形成杂晶,表明较大的平台试样长度和内侧位置会增加杂晶形成的倾向性。随着抽拉速率提高到6mm/min,不同尺寸的外侧平台均形成杂晶,内侧平台则在尺寸大于12mm后出现杂晶,表明增加抽拉速率均提高内外侧平台试样的杂晶形成倾向。与内侧平台试样相比,抽拉速率对外侧平台试样形成杂晶的影响更显著。平台尺寸、空间位置及抽拉速率影响了定向凝固过程中的环境温度和冷却速率,其通过产生较小过冷度时间(ΔT/v)从而增加了杂晶形成的倾向性。