鎳基單晶高溫合金噴丸層塑性變形行為及其表征研究.pdf

1、DD3鎳基單晶高溫合金因具有比傳統高溫合金更優(yōu)異的抗高溫氧化和良好的蠕變抗力，近年來已成為國內外制備航空航天發(fā)動機渦輪葉片的關鍵材料。噴丸處理可以優(yōu)化合金材料表層的組織結構并引入殘余壓應力，是目前提高合金材料表面性能的重要手段之一。在實際應用中，為了保證航天發(fā)動機在服役期間穩(wěn)定運行，渦輪葉片，尤其是葉根部需要進行一定的噴丸處理。因而，研究噴丸對鎳基單晶高溫合金性能的影響具有科學研究與實際意義。本文首先通過非對稱X射線衍射搖擺曲線法，測定

2、了 DD3鎳基單晶高溫合金的晶體取向。一方面，對 DD3表面進行磨削加工處理，采用改進了的X射線單晶殘余應力測定技術測量其應力值，以研究磨削加工表面的應力分布和該測量方法的可靠性。另一方面，采用不同的噴丸工藝對DD3表面進行噴丸處理，研究了噴丸工藝參數對DD3表層微觀組織、殘余應力分布，以及鑲嵌塊原始取向的影響，考察了高溫下噴丸組織結構的回復與再結晶以及殘余應力的熱松弛行為，表征了噴丸層的力學性能，并探討了噴丸引起的塑性變形行為。

3、>　　通過非對稱X射線衍射搖擺曲線法，對DD3晶體取向進行了測定，結果表明其晶體學取向為[001]，取向的偏離度約為6.1°。對傳統的X射線單晶殘余應力測量技術進行改進，并對DD3磨削加工表面的應力狀態(tài)進行測量，結果表明，5次測量的誤差不超過±20MPa，說明該方法具有比較高的測量精度及可靠性。
　　采用不同噴丸工藝對 DD3進行噴丸處理。結果表明，噴丸后 DD3殘余應力分布依賴于其晶體學取向。0.15mmA噴丸強度下，[111]

4、與[001]取向殘余應力分布相對均勻，且具有較高的殘余壓應力值。當取向一定時，噴丸殘余應力值與測量方向密切相關，延長噴丸時間、增加噴丸強度以及復合噴丸，均能提高殘余應力值及其均勻性。0.25+0.1mmA噴丸強度下，DD3噴丸表面殘余應力分布各向同性，但到一定層深，應力分布呈現各向異性，<110>方向具有較大殘余壓應力值和影響層深?？疾炝薉D3噴丸殘余應力的熱松弛行為，證實高溫環(huán)境中，噴丸殘余應力隨溫度和時間的變化符合Zener-Wer

5、t-Avrami規(guī)律，其松弛激活能為126.5 kJ/mol。殘余應力熱松弛行為亦呈現各向異性，沿<110>方向應力松弛最為迅速。采用Barlat三參數模型對噴丸過程進行數值模擬發(fā)現，各向異性材料DD3噴丸表面殘余應力分布以及沿層深分布的理論計算均與實測結果具有相似的變化規(guī)律。
　　利用XRD線形分析方法研究了DD3噴丸層組織結構的變化，并對幾種常用的線形分析方法的計算結果進行了對比。將Rietveld全譜擬合分析方法，并結合Po

6、Pa各向異性模型，表征了DD3噴丸層沿不同衍射方向微結構的變化，并獲得層錯幾率、晶塊尺寸的對數正態(tài)分布。結果表明，噴丸后DD3表層材料呈現多晶體的衍射信息，且線形明顯寬化。提高噴丸強度和覆蓋率，均可以促使形變層晶塊細化、位錯增殖。但沿不同衍射方向，其微結構及其演變存在明顯差異，(200)衍射方向微結構的變化最為顯著。晶體取向不同，其塑性變形能力亦不相同。0.15mmA噴丸強度下，[111]與[001]取向形變層晶塊明顯細化，位錯密度顯著

7、增高，而且擇優(yōu)取向程度較低。
　　噴丸能使DD3的初始取向顯著弱化，噴丸過程中變形方向的隨機性以及晶塊取向趨于無序化是引起DD3初始取向弱化的主要原因。當噴丸強度為0.5+0.1mmA時，表面織構基本被消除，次表層織構呈現多樣化，在層深100μm處出現強{011}<011>織構，而200μm處只呈現原始取向，表明變形層的深度約200μm。隨著變形層深度的增加，晶塊尺寸逐漸增大，而顯微畸變和位錯密度值逐漸降低。高溫下，DD3噴丸組織

8、發(fā)生了回復與再結晶，晶塊長大，而顯微畸變逐漸降低。等溫退火條件下， DD3晶塊長大激活能和顯微畸變松弛激活能分別為236 kJ/mol、215 kJ/mol。
　　表征了 DD3噴丸層的力學性能，0.15mmA噴丸強度下，[001]、[011]及[111]取向樣品表面的硬度值分別提高了70％、59%及24%。其性能的改善主要取決于兩個因素：1)噴丸在形變層內產生了高水平殘余壓應力，2)噴丸使形變層內位錯增殖、晶塊細化，從而提高了其