异形气膜孔对镍基单晶合金蠕变性能的影响

为满足航空发动机涡轮进口温度不断提升的要求,通常采用气膜冷却技术来有效降低叶片壁面温度。然而气膜孔的存在破坏了叶片结构的几何完整性,在离心载荷与热载荷的影响下易发生蠕变断裂。因此开展气膜孔对镍基单晶叶片蠕变性能的研究具有重要意义。通过开展1 000℃/300 MPa下圆柱形、簸箕形和燕尾形3种气膜孔试验件的蠕变试验和有限元仿真,结合微观表征手段研究了气膜孔孔型对DD6单晶高温合金蠕变损伤的影响机理。结果表明:圆柱孔和簸箕孔的平均蠕变寿命相似,较燕尾孔分别提升了17.4%和15.9%。从断口分析可知,含孔板件的蠕变断裂是由于孔边应力集中引起,裂纹主要萌生于孔边位置。扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和有限元仿真表明,塑性变形区与仿真高应力区相对应,且γ′相筏化形貌与应力分布有关,同时应力越高的地方氧化越显著;能谱仪(EDS)对氧化物的分析结果表明氧化物主要分为3层:外层为Ni O和Co O,中间层为Cr、Ni和Ta的混合物,内层为Al_(2)O_(3)。氧化层附近存在γ′相溶解,孔边的塑性变形与γ′相溶解促进了再结晶的形成。