一种镍基单晶合金的中温蠕变断裂机制-论文.pdf.pdf

第43卷 2014笠第5期 5月稀有金属材料与工程 RAREMETAL~ TERIALSANDENGINEERING . May 20l4 种镍基单晶合金的中温蠕变断裂机制田素贵,薛永超,曾征,舒德龙,谢君(沈阳工业大学,辽宁沈阳110870) 摘要:通过对一种镍基单晶合金进行中温不同应力条件下的蠕变性能测试及组织结构与断口形貌观察,研究了合金在蠕变期间的损伤及断裂机制。结果表明:合金在蠕变后期的变形机制是主、次滑移系的交替开动,主/次滑移系的多次交替开动,可在两滑移系交错区域的yr/y两相界面萌生裂纹;随蠕变进行,沿与应力轴垂直的y'ly两相界面发生裂纹的扩展,形成与<l10>方向平行的正方形解理面,其中,裂纹在(OO1)面沿<110>方向扩展,与{1ll}二次解理面相截时, 可终止裂纹扩展。这是使(OO1)解理面具有四方形特征的原因。由于蠕变期间在不同横断面发生多个微裂纹扩展,并在裂纹尖端沿较大剪切应力方向形成撕裂棱或发生二次解理,使多个裂纹连通,直至发生蠕变断裂。这是使合金蠕变断口呈现凹凸不平多层次解理特征的主要原因。关键词:镍基单晶合金;蠕变性能;双取向滑移;裂纹萌生与扩展;蠕变断裂中图法分类号: 文献标识码:A 文章编号:(2014)—07 镍基单晶合金的组织结构由立方y相以共格方式镶嵌在基体相所组成,且随难熔元素(W+Ta+Mo)含量的增加,可有效提高镍基合金的固溶强化效果和高温力学性能[1I2】,它已被广泛应用于制作先进航空发动机的热端叶片部件。在航空发动机服役期间,高速旋转引起的离心力可致使叶片部件发生蠕变伸长及断裂,这是其失效的主要形式。由于航空发动机从启动到稳定运行经历了由中温/高应力到高温/低应力的过程,且合金在不同温度区间具有不同的蠕变性能【3,4】,因此,单晶合金的蠕变行为得到广泛研究。尽管单晶合金在高温/'ff~应力的蠕变行为已有文献报道【5,6J,但单晶合金在中温/高应力条件下的蠕变行为报道较少。特别是单晶叶片部件在中温/高应力条件下易于失效,且了解叶片部件在服役期间裂纹的萌生与扩展过程,对叶片部件的选材及结构设计具有重要的指导意义,因而,单晶合金在中温/高应力条件下的蠕变断裂行为引起了材料工作者的广泛关注。 Hopgood等认为】:在没有共晶组织和局域初熔的情况下,微空洞可成为有效的裂纹源。其微裂纹的萌生面与应力轴垂直,而无序排列的微孔可致使裂纹沿垂直于应力轴方向萌生及扩展,直至发生蠕变断裂【3,8]。对 DD3、DD6单晶合金高温蠕变断裂的研究表明[,I10】: 空洞的形核与累积可导致裂纹的萌生是致使合金在高温服役期间发生蠕变断裂的主要原因。其中,空洞在高温施加应力作用下可长大成韧窝,随蠕变进行,在空洞及韧窝处形成撕裂棱。当多个空洞和韧窝由撕裂棱连通时,即可发生蠕变断裂。,SRR99和RR2000 等3种镍基单晶合金中温蠕变断裂行为的研究表明【1”, 蠕变断口由不同尺寸的解理平面和撕裂区组成,其每个解理平面至少与一个疏松空洞相联系。尽管镍基单晶合金在高温条件下的蠕变行为及断裂机制已有文献报道[12,13l,但有关单晶合金在中温蠕变期间的损伤与断裂行为报道较少。据此,本实验对[001]取向Ni基单晶合金进行中温/高应力蠕变性能测试,并对