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二次γ'相演化对dd6单晶高温合金蠕变性能的影响

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材料工程 2023年第9期51卷 60-66页

作者：喻健李嘉荣方向王强刘世忠韩梅中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

采用FESEM和TEM研究二次γ'相演化对dd6单晶高温合金760℃/785 MPa和980℃/250 MPa蠕变性能的影响。结果表明:标准热处理的dd6合金经1120℃/4 h/AC处理,基体通道内析出二次γ'相。760℃/785 MPa蠕变时,基体通道内的二次γ'相在蠕变初期... 详细信息

采用FESEM和TEM研究二次γ'相演化对dd6单晶高温合金760℃/785 MPa和980℃/250 MPa蠕变性能的影响。结果表明:标准热处理的dd6合金经1120℃/4 h/AC处理,基体通道内析出二次γ'相。760℃/785 MPa蠕变时,基体通道内的二次γ'相在蠕变初期阻碍a/2〈011〉位错在基体通道内运动,促进{111}〈112〉滑移在一次γ'相开动,从而缩短孕育期时间,显著增加蠕变第一阶段应变和蠕变速率。980℃/250 MPa蠕变时,基体通道内的二次γ'相在蠕变初期快速回溶,二次γ'相对980℃/250 MPa蠕变行为基本没有影响。

关键词：单晶高温合金二次γ'相蠕变行为位错 dd6

吹砂对dd6单晶高温合金表面完整性和高周疲劳强度的影响

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金属学报 2023年第9期59卷 1201-1208页

作者：李嘉荣董建民韩梅刘世忠北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095

将标准热处理的试样分别采用粒径为150、124和100μm白刚玉砂在0.5 MPa压力下吹砂,研究吹砂对第二代单晶高温合金dd6表面完整性的影响;对未吹砂和粒径150μm吹砂试样分别进行760和980℃旋转弯曲高周疲劳性能测试,研究吹砂对dd6合金疲劳... 详细信息

将标准热处理的试样分别采用粒径为150、124和100μm白刚玉砂在0.5 MPa压力下吹砂,研究吹砂对第二代单晶高温合金dd6表面完整性的影响;对未吹砂和粒径150μm吹砂试样分别进行760和980℃旋转弯曲高周疲劳性能测试,研究吹砂对dd6合金疲劳性能的影响。结果表明:吹砂会破坏单晶高温合金的表面完整性,使表面出现砂粒切削造成的不规则凹坑,改变表面形貌;砂粒粒径增加,表面粗糙度和显微硬度均增大;吹砂使大量位错在γ相通道中滑移,靠近表面区域位错密度较大;并且,大量位错剪切γ’相,形成反相畴界和层错;吹砂造成形变强化、引入残余应力;150μm、0.5 MPa吹砂对dd6合金760℃旋转弯曲疲劳性能基本无影响,但会降低合金980℃疲劳性能,对低应力幅区疲劳寿命影响较大,使疲劳强度下降约7.3%。缺口效应、氧化损伤、形变强化和残余压应力的耦合作用导致吹砂与不吹砂试样疲劳寿命产生差异。

关键词：单晶高温合金 dd6 表面完整性高周疲劳吹砂

dd6单晶高温合金非对称循环载荷低周疲劳性能及断裂机制

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航空材料学报 2023年第5期43卷 58-66页

作者：李维赵春玲张鑫王强李璞方向彭文雅中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412000

研究dd6单晶高温合金在700℃、R=0.05条件下的低周疲劳性能,采用扫描电镜观察断口形貌和断裂组织,分析疲劳裂纹萌生、扩展及断裂机制。结果表明:随着应变幅增加,合金的低周疲劳寿命降低,合金在非对称循环载荷条件下具有良好的低周疲劳性... 详细信息

研究dd6单晶高温合金在700℃、R=0.05条件下的低周疲劳性能,采用扫描电镜观察断口形貌和断裂组织,分析疲劳裂纹萌生、扩展及断裂机制。结果表明:随着应变幅增加,合金的低周疲劳寿命降低,合金在非对称循环载荷条件下具有良好的低周疲劳性能,不存在过渡寿命,低周疲劳过程中弹性应变起主要作用,塑性变形量极小。随着总应变幅的增加,塑性变形损伤增加;疲劳断口由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区三部分组成,所有试样断裂机制均为类解理断裂。疲劳裂纹萌生于试样的表面、亚表面或远离表面的显微孔洞,远离表面起裂断口呈现“鱼眼”特征。裂纹先沿与主应力轴垂直方向扩展,然后沿{111}平面扩展,裂纹扩展区有典型的疲劳条带、解理台阶、河流状花样特征,瞬断区有解理平面、滑移带、撕裂棱特征;断裂组织分析表明远离断口处γ′相仍保持立方状形态,断口附近的γ′相发生了塑性变形,断口附近可见滑移带,二次裂纹沿滑移带形成。

关键词： dd6 单晶高温合金非对称循环载荷低周疲劳断裂机制

Rejuvenation Heat Treatment of the Second-Generation Single-Crystal Superalloy dd6

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2015年第10期28卷 1278-1285页

作者： Zhen-Xue Shi Shi-Zhong Liu Jia-Rong Li Science and Technology on Advanced High Temperature Structural Materials Laboratory Beijing Institute of Aeronautical Materials

The second-generation single-crystal superalloy dd6 with [001] orientation was prepared by screw selecting method in the directionally solidified furnace. The long-term aging of the alloy after full heat treatment was performed at1100 °C for 400 h. Then the rejuvenation heat treatment 1300 °C/4 h/AC ？ 1120 °C/4 h/AC ？ 870 °C/24 h/AC was carried out. The stress rupture properties were investigated at 760 °C/800 MPa, 850 °C/550 MPa, 980 °C/250 MPa and1100 °C/140 MPa after different heat treatments. The microstructures of the alloy at different conditions were studied by SEM. The results show that c0 phase of the alloy became very irregular and larger after long-term aging at 1100 °C for 400 h. A very small amount of needle-shaped TCP phase precipitated in the dendrite core. The coarsened c0 phase and TCP phase dissolved entirely after rejuvenation heat treatment. The microstructure was restored and almost same with the original microstructure. The stress rupture life of the alloy decreased in different degrees at various test conditions after long-term aging. The stress rupture life of the alloy after rejuvenation heat treatment all restores to the original specimen more than 80%at different conditions. The microstructure degradation of the alloy during long-term aging includes coarsening of the c0 phase,P-type raft and precipitation of TCP phase, which results in the degeneration of stress rupture property. The rejuvenation heat treatment succeeds in restoring the original microstructure and stress rupture properties of the alloy.

关键词： Single-crystal superalioy dd6 Rejuvenation heat treatment Stress rupture properties

Effects of Dendritic Orientation on Stress Rupture Properties of dd6 Single Crystal Superalloy

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Journal of Iron and Steel Research(International) 2011年第10期18卷 66-71页

作者： SHI Zhen-xue LI Jia-rong LIU Shi-zhong ZHAOJin-qian National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced High Temperature Structural Materials Beijing Institute of Aeronautical Materials Beijing 100095 China

dd6 single crystal superalloy slabs were prepared with seed method in the direetionally solidified furnace with high temperature gradient. The transverse stress rupture properties and fracture hehaviour of the alloy at 760 ℃/758 MPa, 850 ℃/550 MPa and 980 ℃/250 MPa were investigated and compared with those of longitudinal specimens. The transverse stress rupture lives are corresponding with the longitudinal stress rupture lives at 760 ℃/758 MPa and 850 ℃/550 MPa. The transverse stress rupture lives are slightly less than the longitudinal stress rupture lives at 980 ℃/ 250 MPa. The fracture mechanism of the transverse stress rupture of the alloy at 760 ℃/758 MPa shows quasi-cleav- age mode and the fracture mechanism at 980 ℃/250 MPa shows dimple mode, while the fracture mechanism at 850 ℃/ 550 MPa shows quasi-cleavage and dimple mixture mode. At higher temperature and lower stress, the microeracks are easier to initiate and interconnect in the transverse specimen than those in longitudinal specimen because there are interdendritic regions perpendicular to the axis of stress.

关键词： dd6 single crystal superalloy stress rupture property fracture behaviour

考虑微观组织演化的dd6单晶高温合金蠕变剩余寿命预测

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航空动力学报 2022年

作者：尤文超王荣桥胡殿印赵炎潘锦超张斌陈校生北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室中小型航空发动机联合研究中心北京航空航天大学航空发动机研究院北京航空航天大学能源与动力工程学院

本文以dd6单晶高温合金为研究对象，通过描述微观组织演化现象分析材料位错运动硬化机制，建立考虑微观组织演化的多尺度蠕变本构模型；并通过表征蠕变损伤状态，提出考虑蠕变损伤的材料蠕变剩余寿命预测方法。试验结果表明，本文提出... 详细信息

本文以dd6单晶高温合金为研究对象，通过描述微观组织演化现象分析材料位错运动硬化机制，建立考虑微观组织演化的多尺度蠕变本构模型；并通过表征蠕变损伤状态，提出考虑蠕变损伤的材料蠕变剩余寿命预测方法。试验结果表明，本文提出的蠕变模型比θ映射模型模拟精度提高了57.6%，模型参数比K-R损伤模型减少了1/3；基于蠕变剩余寿命模型的预测结果的平均预测误差为5.59%，说明模型的有效性。

关键词： dd6 蠕变本构模型微观组织演化剩余寿命

Tensile Behavior of the Second Generation Single Crystal Superalloy dd6

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Journal of Iron and Steel Research(International) 2015年第8期22卷 738-742页

作者： Zhen-xue SHI Shi-zhong LIU Jian YU Jia-rong LI Science and Technology on Advanced High Temperature Structural Materials Laboratory Beijing Institute of Aeronautical Materials

Tensile properties of the second generation single crystal superalloy dd6 were investigated from 20 ℃ to 1 100 ℃. Microstructure evolution and fracture mechanism were examined by scanning electron microscopy （SEM） and transmission electron microscopy （TEM）. The results show that the tensile strength decreases slightly with increasing temperature from 20 ℃ to 400 ℃. The tensile strength of the alloy increases with the increase of temperature from 400 ℃ to 800 ℃. Above 800 ℃, the yield strength of the alloy decreases greatly with increasing temperature. The elongation and contraction of area almost present opposite tendency in contrast to changes of the tensile strength. At lower and intermediate temperature （from 20 ℃ to 850 ℃）, the tensile fracture mechanism shows quasi-cleavage mode, while at high temperature （980 ℃ and 1 100 ℃）, it is dimple mode. The γ＇ precipitate morphology still maintains cubic after tensile fracture at lower and intermediate temperature. The γ＇ phase changes into rectangular solid at high temperature. The γ＇ phase is sheared by anti-phase boundary （APB） or stacking faults at lower and intermediate temperature. At high temperature, dislocations overcome γ＇ through by-passing mechanism.

关键词： single crystal superalloy dd6 tensile behavior microstructure evolution

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dd6合金选晶器定向凝固的数值模拟与实验

稀有金属材料与工程 2017年第7期46卷 1856-1861页

作者：许自霖李忠林张航许庆彦柳百成清华大学先进成形制造教育部重点实验室北京100084

使用有限元数值模拟和实验方法对dd6合金选晶器定向凝固过程的温度影响、晶粒组织以及晶粒生长进行了研究。结果表明,温度场模拟与选晶器定向凝固过程的温度变化基本相符,晶粒组织生长的模拟能够反映晶粒竞争生长的实际情况,与实验试样... 详细信息

使用有限元数值模拟和实验方法对dd6合金选晶器定向凝固过程的温度影响、晶粒组织以及晶粒生长进行了研究。结果表明,温度场模拟与选晶器定向凝固过程的温度变化基本相符,晶粒组织生长的模拟能够反映晶粒竞争生长的实际情况,与实验试样基本一致。由于取向与温度梯度不一致晶粒的位置被取代,使得引晶段中的晶粒平均半径随着高度增加而增大,晶粒密度不断减小,两者有负指数关系。对比了螺旋段不同高度截面EBSD晶粒取向实验成像与晶粒模拟结果,组织模拟与实验结果较为吻合。通过分析螺旋通道中的晶粒竞争生长关系,位于螺旋通道内侧和上部的晶粒更具有位置优势,容易被选晶器选出。

关键词： dd6 定向凝固选晶器数值模拟晶粒取向

基于射流辅助的dd6镍基单晶高温合金激光电化学复合制孔试验及仿真研究

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基于射流辅助的DD6镍基单晶高温合金激光电化学复合制孔试验及仿...

作者：杜文武江苏大学

学位级别：硕士

随着航空发动机性能需求的不断提升,涡轮叶片气膜冷却孔打孔技术已逐渐成为航空发动机制造中的关键技术之一,气膜孔加工质量对提升涡轮端工作温度、保护涡轮叶片有着重要影响。激光加工具有无接触、高效率和高精度等特点,已被广泛应用... 详细信息

随着航空发动机性能需求的不断提升,涡轮叶片气膜冷却孔打孔技术已逐渐成为航空发动机制造中的关键技术之一,气膜孔加工质量对提升涡轮端工作温度、保护涡轮叶片有着重要影响。激光加工具有无接触、高效率和高精度等特点,已被广泛应用于叶片气膜孔加工,而超短脉冲激光的出现又进一步提高了微孔加工的质量与精度。皮秒激光可实现高精度、高质量、低损伤的微加工,同时又兼顾了加工效率,因此相比于飞秒激光更具有工程化应用前景。但是由于激光加工过程中不可避免的热效应累积,皮秒激光加工所得微孔内壁仍会有部分再铸层和微裂纹等缺陷。本课题在皮秒脉冲激光打孔基础上,引入辅助水射流和电解后处理,提出了射流辅助激光电化学复合打孔方法,以降低微孔锥度、去除微孔内壁再铸层等缺陷为目标,开展了工艺试验和有限元仿真。研究内容包括以下几个方面:1.分析皮秒脉冲激光与材料相互作用的微观机理、以及皮秒激光打孔的宏观机理;在此基础上,对水射流辅助激光加工微孔的减材机理进行分析,具体分析该工艺中激光与溶液的相互作用;最后,结合电解加工原理,对射流辅助激光电化学复合加工的机理进行分析。2.采用皮秒激光直接加工、水射流辅助激光加工和射流辅助激光电化学复合加工三种工艺开展dd406单晶高温合金(以下简称dd6合金)微孔加工试验研究。首先,对比分析微孔加工结果,发现如下:激光直接加工所得微孔表面存在较多飞溅熔渣,入口周围重熔物较厚,内壁质量较差;水射流辅助激光加工的微孔表面形貌和质量都更好,且微孔锥度更小,内壁质量显著改善;射流辅助激光电化学复合加工的微孔出口圆度和孔径进一步改善,锥度大大降低,且内壁质量进一步提高,内壁呈现出更加致密的微观周期性结构。其次,利用正交试验方法研究不同激光参数对减小微孔锥度的影响,由极差分析可得影响程度从大到小依次为激光脉冲重复频率、激光扫描速度、激光功率、激光扫描次数。最后,采用单因素试验法对水射流参数和电化学参数进行研究,分析各因素对加工微孔的表面形貌、出入口直径和微孔锥度的影响规律,发现水射流辅助激光加工微孔的锥度随着射流速度的增加而增加,而随着射流角度的增加而降低;射流辅助激光电化学复合加工的微孔锥度随电解加工时间的增加而降低,随电解加工电压的增加也呈降低趋势。3.利用有限元分析软件COMSOL对射流辅助激光电化学复合加工方法进行仿真研究,依次建立了皮秒脉冲激光烧蚀的双温模型、水射流冲击的流场模型、电解液射流束的电流密度分布模型等。由皮秒激光双温模型仿真发现,电子温度先迅速升高后降低,晶格温度随后不断升高,与降温后的电子达到热平衡状态,两者再一同逐渐降至室温;材料表面各处的烧蚀速率完全不同,且在激光脉冲作用时间内不断增大,激光焦点处的烧蚀速率最大,距焦点距离越大烧蚀速率越小,烧蚀只局限于20微米内。由水射流冲击流场模型仿真发现材料表面射流冲击点处的流速最大,随着距冲击中心距离的增大水流流速逐渐减小,而压力集中分布在射流冲击中心点周围,材料表面其余部分几乎没有压力。由电解液射流流场的电流密度分布模型仿真发现射流束冲击到材料表面之前,液流的电流密度最大,冲击到材料表面后电流密度迅速降低,且电流密度与距射流中心点距离成反比。

关键词：射流辅助激光电化学 dd6 制孔试验仿真研究