不同取向鎳基單晶高溫合金的殘余應(yīng)力測試與分析.pdf

1、在鎳基單晶高溫合金葉片的生產(chǎn)和服役過程中，存在大量因素引入殘余應(yīng)力，其與外載應(yīng)力疊加作用將對材料的組織與性能產(chǎn)生重要影響。目前，對單晶高溫合金中殘余應(yīng)力大部分都是通過有限元數(shù)值模擬和匯聚束電子衍射進(jìn)行研究，而在多晶材料中被廣泛應(yīng)用的X射線衍射(XRD)和中子衍射方法卻未被廣泛應(yīng)用。
　　本文主要通過XRD對具有不同取向的鎳基單晶高溫合金中的殘余應(yīng)力進(jìn)行測試和研究。首先，根據(jù)晶體晶面衍射原理，利用X射線衍射儀上測試樣得[001]的方

2、位角為（ψ0，Φ0），根據(jù)（ψ0，Φ0）調(diào)整試樣位置，確定所需要晶面。
　　然后，將不同取向的三組(1＃，2＃，3＃)鎳基單晶高溫合金在220MPa/1000℃條件下拉伸蠕變，通過SEM觀察拉伸蠕變變形后樣品的微觀組織形貌，可以看到γ'相定向粗化而形成的扁平狀的筏化組織。由于三個樣品分別偏離[001]方向0°，10°，18°，所以筏化組織生長的方向也有區(qū)別，1＃樣品γ'相筏化組織垂直于應(yīng)力加載方向，2＃樣品和3＃樣品的γ'相筏化組

3、織分別與垂直于應(yīng)力加載方向成約10°和18°。筏化組織形成于蠕變變形穩(wěn)態(tài)發(fā)展階段的早期，扁平狀的γ'相筏化組織有效地提高了鎳基單晶的高溫合金抵抗高溫變形的能力。筏化組織不是很穩(wěn)定的，當(dāng)蠕變進(jìn)行到后期，合金內(nèi)部殘余應(yīng)力不斷積累，導(dǎo)致合金迅速斷裂，規(guī)則的扁平狀筏化組織被嚴(yán)重破壞。
　　根據(jù)XRD分析可知:從蠕變開始到樣品斷裂過程中，三個不同取向樣品的宏觀主應(yīng)力總體變化趨勢是由蠕變開始的拉應(yīng)力到樣品斷裂時的壓應(yīng)力。拉伸到斷裂時1＃樣品和

4、2＃樣品壓應(yīng)力σ11相近，3＃樣品壓應(yīng)力較小。這一結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)樣品斷裂壽命長短正好吻合，1＃樣品和2＃樣品壽命較短，分別為35.33h和36.52h，其殘余壓應(yīng)力也較大;3＃樣品殘余壓應(yīng)力較小，壽命也最長，為39.37h。一般情況下，鎳基單晶高溫合金的<001>方向具有最好的綜合性能，偏離<001>方向越遠(yuǎn)，綜合性能越差。而本實(shí)驗(yàn)結(jié)果正好與其相反，究其原因，可能是由于單晶制備成份和熱處理工藝影響了材料的性能，同時XRD應(yīng)力分析表明，蠕變