基于取向差和气膜孔的镍基单晶合金DD6蠕变性能研究

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镍基单晶高温合金是先进航空发动机涡轮叶片的首选材料,在涡轮叶片上设计大量的气膜孔可以提高叶片的冷却效率和发动机的推重比,但气膜孔的存在会影响镍基单晶合金的使用寿命。涡轮叶片的轴向总是会与镍基单晶合金的结晶方向存在一定的取向差,由于镍基单晶合金取向的相关性,这个取向差对其使用寿命会产生很大的影响。因此,研究取向差和气膜孔对镍基单晶合金蠕变性能的影响具有很大的实际意义。  本文以我国自主研制的第二代镍基单晶合金DD6为研究对象,首先研究激光参数对DD6材料气膜孔加工的影响;然后进行不同镍基单晶合金DD6试样的高温单轴拉伸蠕变试验,得到不同DD6试样的蠕变曲线;最后利用扫描电镜观察不同DD6试样的断口形貌和微观组织结构。  气膜孔的激光加工试验结果表明,皮秒激光功率是影响气膜孔加工的主要参数,而皮秒重复频率不是,皮秒激光加工出来的气膜孔表面质量比较差,有再铸层生成,再铸层的成分主要是合金元素与空气中的O元素生成的氧化物。飞秒激光打孔的表面质量都比较好,基本没有再铸层生成,产生的氧化物也比较少,单脉冲能量、脉冲数和离焦量都是影响气膜孔激光加工的主要参数。  高温拉伸蠕变试验结果表明,应力越大,蠕变性能越差;取向差主要影响镍基单晶合金DD6的蠕变寿命,[001]取向的蠕变性能比5°取向差的蠕变性能好;气膜孔的存在会使DD6的蠕变性能变差。镍基单晶合金DD6试样蠕变断裂后的断口形貌图显示,高温下,断口都表现出韧窝特征,应力越小,韧窝尺寸越大;取向差也会影响韧窝特征,[001]取向的韧窝特征比5°取向差的明显;气膜孔的存在会产生应力集中,使韧窝集中在气膜孔附近。  在(001)晶面上,单晶合金DD6的γ′相呈正方形态,在偏离[001]取向5°的小角度晶面上,γ′相呈长方形态。应力越大,断口附近γ′相定向粗化的尺寸越大,时间足够长时,γ′相会出现严重的扭曲变形;气膜孔的存在会改变γ′相定向粗化的类型,使其不再垂直于外加应力方向筏化;而5°取向差的存在不会改变γ′相定向粗化的类型,但在有气膜孔的情况下,会改变γ′相偏离外加应力垂直方向的角度。
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