DZ125L镍基沉淀硬化型定向凝固柱晶高温合金分析与研究

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DZ125定向凝固高温合金的超声疲劳行为研究

DZ125定向凝固高温合金的超声疲劳行为研究
0 1年 第2 1 第 2期 6卷 4月
失效 分析与预防
A r 。0 1 pi 2 1 l
V 1 6。 . o . No 2
D 15定 向凝 固高 温 合 金 的超 声 疲 劳 行 为研 究 Z2
顾玉丽 ,陶春 虎 ,何 玉怀 ,胡春燕
( 北京航 空材料研 究 院, 航 空工业集 团公 司失效分析 中心 , 中国 试金石检测科技 有限公 司 , 京 1 05 北 0 9) 0
( VCF i r A ayiC ne, e gIs t e f e n ui l t il, A I al e n l s et B n ntu A ra t a e as u s r ito o c Ma r Tuhtn eigInvt nC oe t n B n 0 0 5 C i ) ocs eTsn oai opr i , e g 10 9 , hn o t n o ao a
Ul a o i a iu h v o fDie t n l o i i e u e l y DZ1 5 t s n c F tg e Be a i r o r c i a l S l f d S p rl r o y di o 2
GU Yu 1 ,T u . u,HE Yu h a ,HU C u ' a . i AO Ch n h .u i h nyn
疲劳断 口的起源区 由多个斜面组成 , 存在明显 的滑移 台阶形貌特征 , 从合金 的超声疲 劳裂 纹扩展 形态来 看 , 随着应 力幅的减 小, 裂纹第一阶段的扩展更加明显 , 扩展距离更长 ; 表面粗糙度 的测量结果 表明 , 合金超 声疲劳后 的裂纹起 源处的表 面粗糙
度在应力幅为 4 0M a时的试样表 面发生了明显的变化。 0 P

定向凝固和单晶高温合金的再结晶研究

定向凝固和单晶高温合金的再结晶研究

第 1期

兵, 姜
涛 , 陶春虎 : 定向 凝固和单晶高温合金的再结晶研究
57
陷。然而, 如果叶片在生产过程中受到冷变形 , 如 磕碰、 吹砂、 机械加工等, 又在高于再结晶温度下 停留 , 叶片就会发生再结晶。定向凝固和单晶高温 合金的再结晶与变形金属的再结晶有着本质区别。 1. 1 再结晶温度定义的局限性 对于变形合金而言, 再结晶温度是指经过大 量变形 ( 变形度 > 70 % ) 的合金在约 1h 的保温时 间内, 能够完成再结晶 ( 再结晶体积分数 > 95 % ) 的最低加热温度。定向凝固和单晶高温合金在制 造过程中一般不经历冷变形过程, 因此, 这一定义 不适用于定向凝固和单晶高温合金。 1. 2 再结晶对材料的影响 变形金属的再 结晶在工程上 得到广泛 的应 用 , 如利用再结晶使晶粒得到细化从而提高金属 的强度、 塑性和疲劳强度。同时 , 变形金属再结晶 后的组织与冷加工前的组织是相同的 , 再结晶后 合金的性能与冷加工前的性能也大致相同。例如 一种合金经冷拉加工时, 因为加工硬化而塑性降 低 , 继续冷拉成形很困难。若将此半成品给予再 结晶退火 , 合金的塑性得以恢复, 因而容易变形, 可以继续冷拉加工。 与变形金属的再结晶不同 , 定向凝固和单晶 高温合金再结晶前后的组织形貌完全不同, 再结 晶形成的等轴晶粒与基体 的柱状晶存在 本质差 别。再结晶组织在定向凝固和单晶高温合金中引 入了横向晶界, 降低了合金的性能, 尤其是高温持 久、 疲劳等性能。 1. 3 定向凝固和单晶高温合金的再结晶特点 1. 3. 1 再结晶基本局限于表面 定向凝固和单晶高温合金一般不经历冷变形 过程, 因此, 从理论上讲, 定向凝固和单晶高温合 金在正常情况下不会出现再结晶 , 除非在叶片生 产过程中受到偶然的冷变形 , 如磕碰、 吹砂、 机械 加工等 , 而这些工艺过程导致的冷变形基本局限 于表层 , 在高于再结晶的温度下形成表面再结晶 层 , 这与变形合金有着本质的区别。 1. 3. 2 再结晶温度较高 对于大多数变形合金而言 , 其发生完全再结 晶的温度约为 0 . 4~ 0 . 6 T m ( Tm 为合金的熔点, 单 位为 K ); 但对镍基定向凝 固和单晶高温 合金而 言 , 其熔点大约在 1 600K, 按 0 . 4~ 0 . 6 T m 估算, 其再结晶温度仅处于 640~ 960K 之间, 远低于目 前所测定的大多数镍基定向凝固和单晶高温合金 开始发生再结晶的温度。采用金相分析的方法,

DZ125定向凝固合金的再结晶行为研究

DZ125定向凝固合金的再结晶行为研究

2009年8月第4卷 第3期失效分析与预防A ugust ,2009V o.l 4,N o .3[收稿日期]2009年2月20日[修订日期]2009年6月3日[作者简介]刘昌奎(1976年-),男,博士研究生,工程师,主要从事材料与结构的损伤、失效分析等方面的研究。

DZ125定向凝固合金的再结晶行为研究刘昌奎,张 兵,陶春虎,胡春燕(北京航空材料研究院,中国航空工业集团公司失效分析中心,北京100095)[摘 要]研究了DZ125定向凝固合金发生再结晶的温度条件以及吹砂条件对其再结晶行为的影响。

结果表明:铸态和热处理态DZ125定向凝固合金开始发生再结晶的温度基本相同,均在1000~1050e 范围内;该合金的再结晶深度随热处理温度的升高而增大,当热处理温度低于1150e 时,增大的幅度较小,当温度超过1150e 后,再结晶深度迅速增大,C c 相的溶解是DZ125合金再结晶的控制因素;随着吹砂压力或吹砂时间的增加,DZ125合金表面变形量增大,再结晶深度也随之增大。

[关键词]定向凝固;DZ125合金;再结晶;热处理;吹砂[中图分类号]O783 [文献标志码]A [文章编号]1673-6214(2009)03-0129-04R ecrystallizati on Behavior of D irecti onall y Soli d ified DZ125Superall oyL I U Chang -ku,i Z HANG B ing ,TAO Chun -hu ,HU Chun -yan(B eij i ng Institute of A eronau ticalM ater i als ,AV IC Fail ure A nal y sis Cen ter,B eijing 100095,Chi na)Abstrac t :The recry sta llizati on temperature o f directi onall y so lified D Z125superall oy w as i nvesti ga ted ,and t he e ffects o f sand -b l asti ng para m e ters on the recrysta llizati on behav i o r o fD Z125superall oy we re a l so stud i ed .The results show t hat the critical te m-perature for recrysta lli zati on of DZ125supe ra lloy is be t w een 1000eand 1050e .It is a l so f ound t hat the recrystalliza ti on depthincreases w ith the rise o f the hea t treat m ent te m pe ra t ure .Be l ow 1150e ,t he recrysta lli zati on depth increases slow ly w it h thete m pera t ure r i s i ng ,wh ile above 1150e ,the recrystalliza ti on dep t h i ncreases qu ick l y w ith the te mperature cli m b i ng .The so l u -ti on of C c prec i p itates i s the cr iti ca l factor of t he recrysta llizati on behav i o r o f DZ125supera lloy .W ith t he i ncrease o f the deforma -ti on degree caused by i ncreasi ng sandb lasti ng pressure o r sandb l asti ng ti m e ,the recrystalliza tion depth i ncreases .K ey word s :d i recti ona ll y so lidifi ed ;D Z125supera lloy ;recrystalliza tion ;heat treat m ent ;sandblasti ng0 引言定向凝固合金具有很多优点,如在受力方向消除了与应力轴垂直的晶界,具有很高的热疲劳强度、持久蠕变强度、塑性以及良好的振动阻尼效果,是航空发动机涡轮叶片的主要用材[1]。

不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究

不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究

第30卷 第5期2010年10月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 130,N o 15 O ctobe r 2010不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究刘金龙, 杨晓光, 石多奇, 王井科(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191)摘要:研究了定向凝固合金D Z125850e 时不同保载时间作用下的低循环疲劳行为。

进行了拉伸保载时间分别为1s ,60s ,120s 和240s 的试验,并进行了循环应力-应变分析、应变响应分析、疲劳寿命分析以及微观断口分析,结果表明,保载时间对低循环疲劳力学行为有明显影响,随着保载时间的增加疲劳寿命逐渐减小,但保载时间超过一定范围之后疲劳寿命趋于稳定,而且随保载时间的增加蠕变损伤逐渐起主导作用。

关键词:DZ125;保载时间;疲劳;蠕变DO I :1013969/j 1i ssn 11005-505312010151018中图分类号:TG132.3 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2010)05-0088-05收稿日期:2010-03-01;修订日期:2010-04-27作者简介:刘金龙(1982)),男,博士研究生,从事航空发动机热端部件材料强度研究,(E -ma il )lj@l sjp .buaa .edu .cn 。

DZ125合金是我国目前性能水平最高的定向凝固镍基高温合金之一[1],具有良好的高温综合性能及优异的热疲劳性能,是目前制造先进航空发动机涡轮叶片的关键材料。

从已有的文献来看[1~4],目前对定向凝固镍基高温合金的力学行为,如单向拉压疲劳和蠕变等[5~8],进行了一些研究,但对于航空发动机涡轮叶片,疲劳-蠕变的交互作用更能揭示涡轮叶片的破坏机理[9,10],因而研究合金在疲劳-蠕变载荷交互作用下的力学行为与微观破坏机理显得十分必要。

DZ125定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究

DZ125定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究

DZ125定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究*顾玉丽,陶春虎,佘 力,何玉怀,曲士昱(中航工业北京航空材料研究院航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京100095)摘要 研究了常规热处理和长期时效状态的DZ125定向凝固高温合金在室温和700℃下的超高周疲劳特征及其差异。

利用超声疲劳试验机测试了合金的超高周疲劳性能,采用扫描电镜研究了合金的疲劳断口特征,借助电子探针和纳米压痕测量仪分别测试了合金枝晶间和枝晶干的成分和弹性模量。

结果表明:两种热处理制度下DZ125合金的枝晶间和枝晶干的弹性模量以及合金元素分配和偏析比差异不大;DZ125合金在700℃下的超高周疲劳性能低于室温,合金在室温下存在明显的频率效应,但在700℃下不存在频率效应;室温和700℃下,合金经过长期时效后的疲劳性能均有所降低,特别在700℃下合金性能降低得更多。

室温下,DZ125合金的两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的表面;700℃下,两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的亚表面。

关键词 定向凝固高温合金 超高周疲劳 疲劳特征 元素分布 弹性模量中图分类号:V250.3 文献标识码:A DOI:10.11896/j.issn.1005-023X.2015.10.026Ultra-high Cycle Fatigue Behaviors of Directionally Solidified Superalloy DZ125Under Different ConditionsGU Yuli,TAO Chunhu,SHE Li,HE Yuhuai,QU Shiyu(Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluation,AVIC Beijing Institute ofAeronautical Materials,Beijing 100095)Abstract The ultra-high cycle fatigue characteristics at room temperature and 700℃,respectively,of the di-rectionally solidified superalloy DZ125with conventional and long-term aging heat treatment were studied.The ultra-high cycle fatigue properties of the DZ125superalloy were measured using ultrasonic fatigue test machine,and the fa-tigue fracture characteristics were investigated using scan electron microscopy(SEM).The elements distribution andelastic modulus in the dendritic arm and interdendritic region were tested respectively using electron probe micro-analy-sis(EPMA)and nano-indentation tester.The results showed that the differences of the element distribution and elas-tic modulus of conventional treated and long-term aged DZ125superalloys in the dendritic arm and interdendritic regionwere slight.The ultra-high cycle fatigue properties of the alloys were lower at 700℃than those at room temperature.The frequency effect is more obvious at room temperature than that at 700℃.The ultra-high cycle fatigue property ofDZ125superalloy decreased after long-term aging at room temperature ever more at 700℃.The fatigue cracks of thealloys with two heat treatments both originated from the surfaces of the specimens at room temperature,while fromthe subsurfaces of the specimens at 700℃.Key words directionally solidified superalloy,ultra-high cycle fatigue,fatigue characteristic,elements distri-bution,elastic modulus *国家自然科学基金(11302212) 顾玉丽:女,1979年生,高级工程师,博士,主要从事材料的结构损伤分析研究 Tel:010-62496667 E-mail:bluebee4646@163.com0 引言以前,研究人员主要针对DZ125合金开展了室温下的超高周疲劳行为研究,研究了不同热处理制度对其室温性能的影响,以及将合金的超高周疲劳性能与常规高周疲劳性能相比得到了频率效应[1-3]。

定向凝固DZ125合金的溶质分配系数及偏析行为的研究

定向凝固DZ125合金的溶质分配系数及偏析行为的研究

* 国家 自然 科学基金项 目 50 8 27 10 2 , 国家重点基础研究发展计划项 目 2 0 10 C B 63 12 0 2 和凝固技术国家重点实验室 自主课题项 目 2 8一 P 一 09 资助 T 20 收到初稿 日期 : 2 0 0一 一 , 收到修改稿 日期 : 2 0 0一 8一 3 1 6 0 28 1 0 0 作者简介 : 闺志先, 男, 198 4 年 生, 博士 生
!! 二h 尸 g 二m o C io a 卿 " 1 oCB :o f h .20 别20习 ao d 才o R "!" h a二h 凡 " o s 才能K " a乙 df a 夕L " d 2 0 10 一 6 S 8l in ra 九""尸 2 0 !0 一0 8 一 3 " T 一 二勿阳 o o i 诉c is ed f rm f 一2 d 二二 1s n 卿 .:8一 :00刁 ig P re e e iv e , ev o
闭志先 沈 军 冯周荣 王灵水 刘 林 傅恒志
(西北工业大学凝 固技术 国家重点实验室, 西安 710072)
摘 要 采用定向凝固技术结合液淬法对 D 2 25 合金平界面和枝晶生长条件下溶质的偏析行为进行了研究, 通过 E P M A 定量 1
测定 甲 基体中各元 素的溶质含量和淬火平界面两侧固相和液相 中的溶质含量 , 分别获得 了溶质再分配后固相中的溶质分布状态及 溶质分配系数. 结果表 明, 平界面生长条件下, 液相中的熔体流动使溶质再分布始终处于非稳态. A l, T i, T a f 和 C "元素的溶质分配系数大于 1 , 溶质分布状态满足 5 ch e l 模型. 枝 晶与平界 面生长的溶质偏析 ; i 行为基本一致 , 然而 , 固相 反扩散显著降低 了枝晶生长过程 中的溶质偏析 .

一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为

一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为
t r s h f c so mp r tr n t i welt n p o e t s o e a ly wee a a y e i eo t eu e o s r a in l e .T e e e t ft I e ea u e a d sr n d l i o rp r e t l r n l z d w t mi rsr t r b e v t . a me i f h o h u o
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O 8年 第2 O 第 1 3卷 2月期
失效分析与预防 . N . 13. o 1

种 定 向凝 固镍 基 洎 △ 的 I 低 疲 劳 行 为 吉 I金 高洎 ’ 周 同皿 = i 同 n nI
Lo Cy l tg e Be a i r o r c i n l l fe Ni k l w ce Fa i u h v o fa Die to a l Soi i d c e y di Ba e Sup r lo s e a ly
YU ic e Hu ・ h n,LIYi ng,ZHANG o・ o g ,W U e r n Gu d n Xu ・e
T e r s l n ia e h ttmp r tr a b iu f c in o e o ma in o e al y h l y s o d c c i a d n n e h e u t i d c t t a e e au e h d o vo s a e t n d f r t ft o ,t e a o h we y l h r e ig wh n s d o o h l l c tmp r tr Sl w rta 6 e ea u e Wa o e n 7 0% a d s o d c c i o tn n t 5 % a d9 0 .T e e w l dfee td fr a in me h ns h n h we y l s f ig a 0 c e 8 n 8 % h r e ̄ i r n eo ' m t c a ims o

DZ125优异的热疲劳性能DZ125

DZ125优异的热疲劳性能DZ125

DZ125优异的热疲劳性能DZ125DZ125概述DZ125合金是我国目前性能水平最高的定向凝固镍基铸造高温合金之一,具有良好的中,高温综合性能及优异的热疲劳性能。

合金中Ti的含量较低,含有1.5%铪,使合金具有良好的铸造性能,可铸成壁厚小至0.6mm的带有复杂内腔的无余量定向凝固叶片。

由于合金中含有铪、钽等贵重元素,致使合金成本较高。

适合于制作在1000℃以下工作的燃气涡轮转子叶片和1050℃以下工作的导向叶片以及其他高温零件。

DZ125技术标准Q/6S 1321—1997《DZ125合金锭》DZ125化学成分DZ125热处理制度1180℃,2h+1230℃,3h,空冷+1100℃,4h,空冷+870℃,20h,空冷。

DZ125品种规格与供应状态直径70-90mm的母合金锭。

铸态供应。

DZ125熔炼与铸造工艺真空感应炉熔炼母合金,真空定向凝固炉重熔浇注熔模精铸定向凝固铸件和试样。

DZ125应用概况与特殊要求已用该合金批量生产某发动机的高压涡轮叶片,并已进行台架试车和试飞考核。

与该合金相当的DS Rene'125合金在国外已经用于先进航空发动机。

DZ125工艺性能与要求(1)成形性能铸造性能良好,可铸成壁厚小至0.5mm并带有复杂内腔的定向凝固叶片和其他零件。

(2)焊接性能可真空钎焊。

(3)零件热处理工艺表面不加工的零件(例如叶片应在氩气保护或真空下进行热处理,其规范是:1180℃,2h+1230℃,3h,通氩气快冷+1180℃,4h,通氩气冷却+870℃,20h,通氩气冷却。

(4)表面处理工艺零件可进行渗铝或渗MCrAlY涂层处理。

(5)切削加工与磨削性能无特殊要求。

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DZ125L 镍基沉淀硬化型定向凝固柱晶高温合金分析与研究 1、概述 DZ125L 是镍基沉淀硬化型定向凝固柱晶高温合金,使用温度在 1050 ℃以下。该合金是我国目前性能水平最高的合金之一,它是在美国 Rene 125 合金成分的基础上,通过低偏析技术降低磷等杂质含量, 以减少枝晶偏析而发展出的一种不含铪元素的定向凝固合金。与同类 的合金相比,该合金提高承温能力 20℃,并可成倍提高中温横向性 能。适于制作 1000℃以下工作的航空燃气涡轮转子叶片和 1050℃以 下工作的导向叶片等高温零件。 2、应用概况及特性 合金是一种高性能、低成本的新一代航空涡轮叶片材料,已用于制作 新型航空发动机空心无余量高压涡轮转子叶片。 3、材料的技术标准 GB/T 14992 高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号 GJB 5512.2 铸造高温合金和铸造金属间化合物高温材料母合金规范 第 2 部分:定向凝固柱晶铸件用铸造高温合金母合金 HB 7762 航空发动机用定向凝固柱晶和单晶高温合金锭规范 HB/Z 140 航空用高温合金热处理工艺 Q/5B 4041 DZ125L 合金定向凝固熔模铸造涡轮工作叶片 4、熔炼与铸造工艺 采用真空感应炉炉炼母合金,真空定向凝固炉重熔浇注定向凝固试棒 和零件。
钼。 (2)铬含量较低,大部分都在 10%以下。 (3)晶界强化元素硼含量都在 O.01%以上。 (4)碳含量大都超过 o.1%,钴基铸造高温合金的碳含量有些高达 1%。 (5)有些铸造高温合金中加入 1%~2%铪,改善中温塑性,并提高抗蠕 变强度。显徽组织特征铸造高温合金显微组织(见高温合金材料显微 组织)中,除 γ’相外,还有 γ-γ’共晶相,一次碳化物相也比较 多,沿着树枝晶间分布,有些合金还有 M3B2 硼化物析出。铸造高温 合金热处理工艺比较简单,有些甚至不需要进行热处理就可以使用。 零件生产铸造高温合金一般在大型真空感应炉中冶炼母合金,用失蜡 精密造型法制造壳型,然后在小型真空感应炉中重熔浇注成零件。 缺陷及消除铸造件中不可避免会产生一些显微疏松,可采用热等静压 处理使之减轻或消除,增加零件的可靠性。铸造高温合金零件的晶粒 度比较大,对疲劳性能不利。通常采用表面晶粒细化法来获得零件表 层的细晶。发展方向运用定向凝固技术可生产无横向晶界的柱状晶叶 片或完全消 除晶界的单晶叶片,使高温疲劳寿命和持久强度都有成倍提高,这是 当前铸造高温合金的发展方向。

4.00 0.015 0.050 0.150
0.001

数/

元S
Pb
Sb
As
Sn
Bi
Ag

质≤

≤0.001 ≤



量 0.010 0.0005
0.001 0.001 0.00005 0.0005

数/

午虎特种合金供应以下材质铸造合金: K417、K403、K418、K405、K406、K213、K417L、K417G、K424、K435、 K441、K452、K465 等。 铸造合金主要规格有母合金棒材、精密合金棒材等,也可来图加工。 以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。根据合金基体成分,可 以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钻基铸造高温合金 3 种类型。按结晶方式,又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造 高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等 4 种类型。 造高温合金的大部分属于多晶铸造高温合金。 铸造高温合金具有如下特点: (1)合金化程度高。γ’强化相(见高温合金材料的金属问化合物相) 形成元素铝、钛、铌、钽等高达 16%,还加入一定量固溶强化元素钨、
5、化学成分
元C
Cr
Ni
Co
W
Mo
Al
Ti

质 0.06~ 8.20~ 余量 9.20~ 6.20~ 1.50 ~ 4.3 ~ 2.00~
量 0.14 9.80
10.80 7.80 2.50 5.30 2.80来自分数/﹪
元 Fe
Ta
B
Zr
Si
Mn
P

质 ≤0.20 3.30~ 0.005~ ≤

≤0.150 ≤
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