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目的了解表面再结晶晶粒影响涡轮叶片DZ4合金疲劳失效的机制,从而找出提高疲劳寿命的途径.方法采用我国自主研发的涡轮叶片用定向凝固合金DZ4.对合金表面采用不同压力(0.1、0.3、0.5 MPa)进行喷丸处理,随后进行1220℃的热处理,合金表面塑性变形层发生再结晶形成再结晶晶粒.通过扫描电子显微镜等对不同条件下获得的再结晶微观组织进行观察分析.对于含表面再结晶层的DZ4试样和原始DZ4试样分别开展低周疲劳测试,以获得其循环变形行为和低周疲劳寿命.结果在较低的喷丸压力下(如0.1 MPa),表层再结晶组织以离散的再结晶晶粒出现.在较高喷丸压力下(0.3 MPa和0.5 MPa),获得了完全的表面再结晶层,而且随喷丸压力的增大,再结晶层厚度增加.疲劳试验结果显示,在较低喷丸压力(0.1 MPa)下获得的再结晶试样,其疲劳寿命比原始DZ4合金的明显降低;在0.5 MPa下获得的含再结晶层的DZ4试样,具有比原始DZ4合金更高的疲劳寿命.结论定向凝固合金DZ4表面的再结晶层并不一定会降低其疲劳寿命.在较低喷丸压力(如0.1 MPa)及退火条件下形成的离散状再结晶晶粒对疲劳性能有害,疲劳寿命降低明显.在较高喷丸压力(如0.5 MPa)和退火条件下形成的致密细晶再结晶层,可提高DZ4合金的低周疲劳性能.晶体塑性模型有助于理解和预测再结晶层对疲劳性能的影响.

关键词: 定向凝固合金 , 再结晶 , 表面处理 , 涡轮叶片 , 疲劳寿命 , 晶粒尺寸 , 晶体塑性

凝固速率对定向凝固合金DZ22枝晶臂间距和枝晶偏析的影响

刘忠元 , 李建国 , 傅恒志

金属学报

采用新研制的超高梯度定向凝固装置，研究了不同凝固速率下定向凝固高温合金ＤＺ２２的枝晶臂间距和枝晶偏析．结果表明，冷却速率增大，枝晶臂间距显著细化，枝晶偏析被强烈抑制，当冷却速率为５２．４Ｋ·ｓ~（－１）时，一次、二次枝晶臂间距λ１和λ２分别为２８．８和８．４μｍ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｗ等元素的偏析比均趋近于１．

关键词: 定向凝固合金 , solidification rate , cooling rate , dendritic arm spacing , microsegregation

扭转预变形对定向凝固DZ4合金低周疲劳寿命的影响

张卫方 , 刘肖 , 刘升旺 , 王宗仁 , 李运菊

稀有金属材料与工程

对定向凝固DZ4合金进行扭转预变形和热处理后的高温低周疲劳寿命与断裂行为进行测试与研究,分析不同的扭转变形程度、变形速率等对低周疲劳寿命和再结晶的影响,研究沿晶特征区的形成机制.结果表明,定向凝固DZ4合金在扭转预变形和热处理后其低周疲劳寿命急剧下降,分析发现与塑性变形区产生的再结晶组织有关.再结晶区与基体变形不协调导致在再结晶与基体界面处出现损伤和裂纹,裂纹沿再结晶晶界扩展形成沿晶特征区,使高温低周疲劳寿命下降,且疲劳寿命随着再结晶深度的增大而急剧降低.扭转预变形程度较小时,低周疲劳断口上的沿晶特征区的深度与断面沿再结晶区扩展的深度一致；扭转预变形程度较大时,沿晶特征区的深度相对较小.另外,应变速率增大,加剧了不协调变形,再结晶具有局部化倾向,且再结晶程度增加,使高温低周疲劳寿命下降更严重.

关键词: 定向凝固合金 , 高温低周疲劳 , 扭转预变形 , 再结晶

机械预变形对定向凝固DZ4合金持久寿命的影响

张卫方 , 李运菊 , 刘高远 , 赵爱国 , 陶春虎

稀有金属材料与工程

对定向凝固DZ4合金机械预变形和热处理后的持久寿命与断裂行为进行了测试与分析,研究了再结晶对定向凝固DZ4合金持久行为的影响机制.结果表明,定向凝固DZ4合金机械预变形和热处理后在其表面形成再结晶层.再结晶层对定向凝固DZ4合金持久寿命的影响很大,表面130μm的再结晶使其持久寿命下降33%.再结晶层本身的强度极低再结晶层与基体的变形不协调以及界面所具有的缺口效应导致了定向凝固DZ4合金机械预变形和热处理后持久强度的下降.

关键词: 定向凝固合金 , 再结晶 , 持久寿命 , 断裂行为

定向凝固合金叶片的疲劳断裂分析

张卫方 , 高威 , 赵爱国 , 陶春虎

机械工程材料 doi:10.3969/j.issn.1000-3738.2003.09.016

对定向凝固合金叶片的断裂故障进行了分析,在断口观察与金相组织分析的基础上,对叶片的失效模式与失效原因进行了研究,并提出了预防该类故障发生的措施.结果表明,定向凝固合金叶片的断裂是由表面再结晶而导致的疲劳断裂失效.叶片表面的再结晶在叶片使用之前就已存在,是由于固溶热处理前叶片的表面存在塑性变形,在固溶热处理过程中形成的.

关键词: 定向凝固合金 , 叶片 , 再结晶 , 疲劳断裂 , 失效分析

表面再结晶对定向凝固DZ4合金疲劳行为的影响

贾波 , 李春光 , 李海燕

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2008.06.017

对表面通过喷丸预变形后的定向凝固DZ4板材试样进行1220℃/4h的热处理,以在板材试样表面形成再结晶层.在760℃下进行疲劳试验,以研究表面再结晶层对定向凝固DZ4合金板材的疲劳性能的影响.结果表明,表面有再结晶层的定向凝固DZ4板材试样的疲劳性能大大降低,且疲劳寿命随着再结晶层深度的增大而降低;断口观察表明,疲劳裂纹均起源于表面的再结晶区或其与基体的界面.通过有限元模拟对含再结晶区的板材试样的损伤演化行为进行模拟,结果表明再结晶区的存在改变了试样表面的应力场分布,再结晶区与基体的界面上的应力最大,裂纹一般从此处萌生,并向表面和基体扩展.

关键词: 定向凝固合金 , 再结晶 , 疲劳 , 界面 , 损伤演化

固溶处理对DSM11合金显微组织和力学性能的影响

李辉 , 任建军 , 楼琅洪 , 史学军

钢铁研究学报

研究了固溶处理制度对DSM11合金组织和性能的影响.结果表明,固溶热处理可明显降低合金元素的偏析,减少枝晶组织偏析及共晶数量,提高γ'相的尺寸均匀性.随着固溶处理温度的提高,该合金室温和980℃的拉伸性能变化不大,但816℃、483 MPa和980℃、190 MPa下固溶处理后合金的持久寿命显著提高.

关键词: 定向凝固合金 , 固溶处理 , 显微组织 , 力学性能