氢化物发生-原子荧光光谱法测定DD6单晶镍基高温合金中砷

DD6单晶镍基高温合金中含有Ta、Re、W等合金元素,因此样品溶解较为困难,得到的样品溶液也不稳定。实验采用盐酸-硝酸体系溶解样品,以镍基体匹配法绘制校准曲线克服了基体镍的干扰,实现了氢化物发生-原子荧光光谱法对DD6单晶镍基高温合金样品中As含量的测定。对溶样方法进行了探讨,结果表明,采用20mL盐酸-5mL硝酸、加热(100℃左右)溶解样品后,虽然会有少量不溶物存在,但待测元素As已完全溶出,即不溶物中未夹带元素As,因此实验选择该溶样方法进行溶样。对仪器的负高压、灯电流进行了优化试验,确定负高压为280V,灯电流为60mA。根据样品中镍的含量,分别采用无基体匹配和镍基体匹配法建立校准曲线,结果表明,对于同样质量浓度的As标准溶液,有基体镍存在时的测定结果均较无基体镍时明显偏低,说明镍基体的干扰对测定不可忽略,故实验采用镍基体匹配法绘制校准曲线。方法线性范围为0.000 05%~0.001%,方法检出限为2×10-5μg/mL。按实验方法对6个DD6单晶镍基高温合金样品进行测定,测得结果与高流速辉光放电质谱法基本一致,测得结果的相对标准偏差(RSD,n=8)为2.3%~8.7%。

添加气膜孔对镍基单晶合金DD6蠕变寿命的影响

本研究在外加应力为200 MPa、温度为1 000℃的条件下,对镍基单晶合金DD6带气膜孔试样(飞秒激光环形扫描与旋切扫描相结合加工而成)和不带气膜孔试样进行了蠕变实验。实验结果显示,带气膜孔试样的蠕变寿命显著短于不带气膜孔试样的蠕变寿命。借助扫描电镜和透射电镜对试样蠕变前、后的微观结构进行观测发现:不带气膜孔试样的变形机理为位错在塑性比较好的基体相内(γ相)均匀滑移;而带气膜孔试样由于变形主要集中在孔周围,位错大量增殖交叉,从而在γ/γ′两相界面处产生极大的应力集中,直接将强化相即脆硬相(γ′相)剪切贯穿,导致裂纹快速扩展,合金的蠕变寿命显著缩短。

DD6镍基单晶涡轮转子叶片失效分析

为了排除某航空发动机DD6镍基单晶高温合金涡轮转子叶片在室温振动试验中发生的裂纹故障,对故障叶片进行了外观检查、断口分析、表面检查、解剖检查、化学成分分析、金相检查、应力分布计算及热模拟试验,确定了故障叶片裂纹的性质和产生原因。结果表明:涡轮转子叶片裂纹为高周疲劳裂纹,叶片局部区域存在异常的γ′筏排组织是导致该叶片产生早期疲劳开裂的主要原因,且附近区域腐蚀过重及结构上处于应力集中区,也促进了疲劳裂纹的萌生及扩展。针对这些故障,建议优化叶片结构并对腐蚀检查进行严格监控,防止出现γ′筏排组织及腐蚀过重现象,从而避免此类故障再次发生。

钠盐量影响下DD6单晶高温合金的高温热腐蚀规律研究

目的开展镍基单晶高温合金DD6在950℃下的热盐腐蚀试验(95%Na2SO4+5%NaCl),探明涂盐量和涂盐方式(周期涂盐和单次涂盐)对DD6高温热腐蚀的影响规律和机理。方法结合扫描电子显微镜、X射线能量色散谱、X射线衍射等设备,对不同涂盐量及涂盐方式下DD6的表面及横截面形貌进行观察分析,分析不同涂盐量和涂盐方式下DD6的高温热腐蚀机理。结果DD6在950℃下主要发生碱性熔融热腐蚀,同时伴随氧化、硫化和氯化等过程。高温热腐蚀使得DD6合金表面生成的保护性氧化膜被熔融态的腐蚀介质破坏,导致O、S、Cl等外部元素通过氧化膜的缺陷进入DD6基体中,在合金的亚表面发生内氧化、内硫化以及内氯化反应,横截面上出现明显的腐蚀层,其主要由氧化物以及硫化物组成。随着热腐蚀的进行,DD6表面物质发生了剥蚀,沉积盐量的增加导致剥蚀现象越加严重,合金内部致密的组织结构也被破坏,横截面上出现了大量孔洞、裂纹等缺陷。在相同涂盐量下,周期涂盐法使得DD6的腐蚀程度高于单次涂盐法。结论DD6高温热腐蚀行为与涂盐量及涂盐方式密切相关,相同涂盐方式下,涂盐量越大,DD6热腐蚀更加严重。涂盐量一定时,周期涂盐法使得DD6的热腐蚀剧烈程度大于单次涂盐法,且DD6在上述热腐蚀条件下均发生剥蚀破坏。

DD6单晶带气膜孔平板试件高周疲劳性能研究

利用电液束、激光、电火花三种不同制孔工艺制备了DD6镍基单晶高温合金气膜孔平板试验件,在980℃下对试件的高周疲劳性能进行了测试,并对疲劳极限与断口形貌进行了分析比较。结果表明:不同制孔工艺对试件的高周疲劳性能影响显著,电液束制孔工艺的疲劳极限较高速电火花制孔、毫秒激光制孔工艺提升约5.3%和7.1%。不同制孔工艺的试样断口形貌特征相似,均属于典型的多源断裂,断面大体分为孔周的裂纹源区、沿{001}面的扩展区及沿{111}面的瞬断区三部分。

飞秒激光工艺参数对合金DD6气膜孔加工的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)观察不同工艺参数下飞秒激光加工镍基单晶合金DD6气膜孔的形貌,主要考虑不同离焦量、不同单脉冲能量下气膜孔的孔径、锥度和圆度误差。实验结果表明:当离焦量由零转为正或负时,上孔径和锥度会增大,而下孔径则会减小;当离焦量由负变正时,圆度误差变大;当单脉冲能量逐渐增大,孔直径越大,锥度则会减小,圆度误差逐渐增大。当加工时间为30min,离焦量为0,单脉冲能量为100μJ时,孔锥度达到最佳值。

镍基单晶高温合金DD6气膜孔热机械疲劳试验

涡轮冷却叶片气膜孔边存在大应力梯度,且服役时承受交变的机械载荷和热载荷,热机械疲劳(TMF)是其主要失效模式。通过开展带气膜孔和不带气膜孔的薄壁圆管试件TMF试验研究了气膜孔对镍基单晶高温合金TMF寿命的影响。结果表明最大循环应力在300～500MPa应力范围内,循环应力幅值与镍基单晶高温合金TMF寿命呈现良好的对数线性关系,且气膜孔导致镍基单晶高温合金TMF寿命下降可达82.5%。继而完成了横向取向分别为〈010〉、〈110〉方向的气膜孔模拟件试验,结果表明气膜孔取向为〈110〉时寿命最短,仅为〈010〉取向的40.0%。最后开展了不同制孔工艺下的气膜孔模拟件试验,结果表明激光制孔气膜孔模拟试件寿命仅为电液束制孔气膜孔模拟试件的54.0%。气膜孔模拟件断口分析表明:TMF裂纹均萌生于气膜孔边,源区氧化严重;裂纹沿着大致与气膜孔边垂直的方向扩展。