单晶高温合金损伤与断裂特征研究

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1、单晶高温合金损伤与断裂特征研究DamageandFractureCharacteristicsofSingleCrystalSuperalloy张丽辉1张兵2唐定忠1（1北京航空材料研究院，??，北京100095；2北京航空材料研究院，中航工业失效分析中心中国商飞机械失效分析中心，北京100095）ZHANGLihui1,ZHANGBing2,TANGDingzhong1AVICFailureAnalysisCenter,BeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095摘要：研究了单晶高温合金在持久、拉伸和低周

2、疲劳条件下的损伤与断裂特征。结果表明：单晶合金高温持久微观断裂方式为沿原始微孔洞扩展的微孔聚集型断裂，中温持久微观断裂方式为微孔聚集型断裂与滑移剪切断裂共存的混合型断裂；高温拉伸首先在内部以微孔聚集型模式开裂，最后阶段以滑移剪切的方式发生断裂，微孔聚集型断裂过程占主要地位，中温拉伸以纯滑移剪切的方式发生断裂，断口由一个平面组成；低周疲劳断裂由裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展3个阶段组成。断口呈现多源开裂特征，疲劳裂纹一般萌生于表面。疲劳裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直，随着疲劳裂纹扩展，断口表现为与主应力约成45°角的平面特征。关键词：单晶高温合金；持久；拉伸

3、；低周疲劳；损伤中图分类号：文献标识码：文章编号：Abstract:High-temperaturefracturefeaturesofsinglecrystalsuperalloyswereinvestigatedundertheconditionsoftension,low-cyclefatigue,high-cyclefatigueandstressrupture.Theresultsshowthatthefracturesurfacesofthetensilespecimensat900℃showquasi-cleavagefeatureanddimples.

4、Thefracturemechanismismicrovoidcoalescencefracture.Thelow-cyclefatiguefracturesurfaceshavemorethanonefatiguesourceunderhighstrainamplitude.Attheinitialstage,fatiguecrackspropagateperpendicularlytothemainstressandthenalongaspecialcrystallographicplane.However,underlowstrainamplitude,thef

5、racturesurfaceshaveonlyonefatiguesource,andthefatiguecrackspropagatealongaspecialcrystallographicplane.Thehigh-cyclefatiguefracturesurfaceshaveonlyonesource.Underhighstress,thefacturesurfacesarecomposedofseveralspecialcrystallographicplanes;underlowstress,thefracturesurfacesarecomposedo

6、facrystallographicplaneandafinalfracturezone.Thedistancebetweenfatiguestriationsisverywideatthecrystallographicplanes.Thehigh-temperaturestressrupturemechanismismicrovoidcoalescencefractureandthealloysaresensitivetotheshrinkageporosity.Surfacerecrystallizationmakesthestressrupturelifede

7、clineobviously,butthefracturemechanismoftherecrystallizedspecimensisthesameastheunrecrystallizedspecimensathightemperature.Keywords:singlecrystalsuperalloy;stressrupture;tensionfracture;low-cyclefatigue;damage镍基单晶高温合金涡轮叶片的研制与应用是20世纪80年代以来航空发动机的重大技术进步之一。对高推力、高效率航空发动机需求的不断增加，发动机叶