材料硕论-定向凝固高温合金DZ125的(1).docx

西北工业大学工学硕士学位论文84学校代码10699分类号TG319密级学号20092102062题目定向凝固高温合金DZ125的蠕变研究作者学科、专业材料工程指导教师申请学位日期2016年12月国内图书分类号：TG319西北工业大学工学硕士学位论文定向凝固高温合金DZ125的蠕变研究硕士研究生：第一导师：教授第二导师：专家申请学位级别：工程硕士学科、专业：材料工程所在单位：材料学院答辩日期：授予学位单位：西北工业大学摘要涡轮叶片是航空发动机的重要热端部件，在发动机工作过程中主要承受的是轴向的较大离心载荷作用,所以由离心力导致的蠕变损伤会导致叶片失效。我国自主研发的第一代采用低偏析技术制造的高性能定向凝固薄壁空心叶片镍基高温合金DZ125定向凝固高温合金，其主要应用于实推重比为７～８涡转发动机一级涡轮叶片，工作环境温度在1000℃以上，DZ125具有良好的高温使用性能。本文通过研究DZ125定向凝固高温合金蠕变过程与显微组织的变化关系，对定向凝固高温合金的蠕变断裂机理，和不同影响因素对蠕变疲劳性能的影响进行分析研究，为涡轮叶片长时使用后蠕变损伤评价提供技术支持。本文以DZ125定向凝固高温合金为研究对象，对不同阶段蠕变试样进行了详细的微观组织分析与表征，包括金相试验、SEM试验、TEM试验，以此为基础来研究该合金的蠕变疲劳断裂机理，并分析了不同因素对DZ125高温合金蠕变疲劳性能和微观组织的影响，得出了DZ125定向凝固高温合金在不同蠕变阶段的显微组织变化规律，为建立DZ125高温合金蠕变组织制备方法及评定方法提供了理论依据和技术支持。通过对相同温度不同试验应力和相同试验应力不同温度的蠕变疲劳试验结果进行分析，结果表明：在1040℃条件下，对试样施加大于137MPa应力时，DZ125合金就会呈现出明显的应力敏感性，造成蠕变寿命大幅降低。在137MPa条件下，随着蠕变试验温度的提高，应变速率的增大，蠕变寿命将大幅降低。其次，DZ125合金的γ′相在高/低温应力蠕变试验过程中会发生筏形化和粗化。在1040℃、137MPa条件下，蠕变3h，γ′相筏形化和粗化，随施加应力降低，γ′相筏形化时间延长。通过透射电镜显微观察和扫描电镜微观观察DZ125合金在不同蠕变阶段的微观组织变化，发现了该合金的蠕变断裂机理：DZ125合金在稳态蠕变期间是位错攀移超过筏状γ′相。而在蠕变试验后期，位错在基体中进入了筏状γ′相，这就导致在相界面形成了孔洞和微小裂纹。碳化物/γ′相的热膨胀系数不同，容易在界面上产生较大的应力，且晶界是理想的空位阱，造成二者发生分离而形成孔洞。在晶粒内部蠕变孔洞的形核位置主要是位于枝晶间区域的晶内碳化物与γ′膜的界面。DZ125定向凝固高温合金在高温蠕变后期，首先会在晶界处萌生微裂纹并扩展。随着蠕变的进行微裂纹的沿晶扩展会导致合金的应变量增加，同时微裂纹的沿晶界扩展使得相邻的微孔和微裂纹相互连接，直至发生蠕变断裂，这就是DZ125合金的高温蠕变断裂机理。通过对不同时效温度和不同试验应力的蠕变疲劳试验结果分析发现：随着时效温度的提高，将会导致γ′相的尺寸增大，从而减小弥散程度，第二相的弥散强化度也将减小；碳化物含量的增大，然而碳化物颗粒的增大，将造成弥散程度降低，减弱弥散强化度，且容易形成疲劳源，从而导致合金抗蠕变疲劳性能的下降。时效温度的提高，合金的位错密度下降，位错更易切入γ′相中。蠕变疲劳断裂试样从过渡弧位置→中间位置→断口位置，应力状态逐渐增大，碳化物含量逐渐减小，即在高温、高应力作用下，碳化物有回溶的趋势，碳化物第二相强化度减小。应力增大将会造成错配度的绝对值升高，从而使共格强化度减小；应力越大，位错密度越大，位错反应进行得越不完全。关键词：定向凝固高温合金；蠕变疲劳；微观形貌；叶片材料目录摘要IAbstractIII第1章绪论11.1引言11.2定向凝固高温合金在航空工业中的应用11.3高温合金蠕变损伤研究现状31.3.1国外高温合金蠕变损伤研究现状31.3.2国内高温合金蠕变损伤研究现状41.4本文研究的主要内容及技术方案101.4.1研究的主要内容101.4.2技术方案10第2章基础理论和试验方法112.1引言112.2试验材料及试剂112.2.1原材料112.2.2试剂112.2.3试验设备122.3基础理论和试验方法122.3.1蠕变试验112.3.2显微观组织观察122.3.3断口分析122.3.4TEM试验132.4本章小结15第3章DZ125合金蠕变损伤行为与显微组织关系163.1引言163.2DZ125高温合金的蠕变试验结果及分析163.2.1疲劳试验结果163.2.2叶片裂纹及断口分析173.2.3组织检查213.3DZ125合金不同阶段蠕变行为与显微组织关系223.3.1DZ125合金蠕变行为223