颗粒间断裂在P/M镍基高温合金低周疲劳断口上的特征

粉末冶金(P/M)合金中由于原始颗粒边界(PPB)的存在,在力学性能试样断口上呈现颗粒间断裂。通过SEM、TEM、AES等手段对采用等离子旋转电极(PREP)制粉+直接热等静压(HIP)成形工艺的一种P/M镍基高温合金低周疲劳(LCF)断口上颗粒间断裂的形貌和类型进行了表征和分析,讨论了PPB的起因及其与疲劳裂纹在颗粒间萌生、扩展断裂机制的关系和颗粒间断裂对疲劳寿命的影响。结果表明:PREP+HIP工艺成形的镍基合金中的PPB由多种综合因素造成;PPB降低了合金的断裂韧性,直接影响颗粒间断裂程度;在LCF断口上,单颗粒成为裂纹源的占颗粒间断裂断口总数的67%,多颗粒裂纹源占17%,其他占16%;颗粒间断裂在LCF断口上的分布表征分为4级;颗粒间断裂越严重,对合金疲劳寿命影响越大。

“黑粉”对PM镍基粉末高温合金组织性能的影响

研究了用等离子旋转电极(PREP)工艺生产的镍基高温合金粉末中发现的“黑粉”及其对PM合金中形成原始颗粒边界(PPB)等异常组织,并在力学试验中造成颗粒间断裂和对性能的影响。分析了“黑粉”形成的原因,提出了控制和防止出现“黑粉”的可行性措施。

PPB对镍基粉末高温合金裂纹扩展行为的影响

研究了直接热等静压(As-HIP)成形的一种镍基粉末高温合金中原始颗粒边界(PPB)对其裂纹扩展行为的影响。结果表明,粉末高温合金中的原始颗粒边界上析出的碳化物、氧化物会导致断裂韧性(KIC值)降低,使界面极易萌生裂纹;在裂纹扩展过程中发生沿颗粒间断裂,改变扩展棱的走向,并加剧裂纹沿晶界扩展,使裂纹扩展速率加快;沿原始颗粒边界扩展的裂纹尖端的断裂韧度与边界析出物的物理性质、数量、尺寸密切相关,析出物排列越密集,KIC值越小,会加速裂纹在这些薄弱区扩展。