温志勋
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苟文选
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岳珠峰
稀有金属材料与工程
采用紧凑拉伸(CT)试样研究了3种不同温度(950,850,760 ℃)和3种不同晶体取向([001],[011],[111])下镍基单晶合金DD3的断裂特征,采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察分析了裂纹扩展路径及断口形貌.采用率相关晶体滑移有限元程序对试件裂纹尖端三维分切应力场结构、裂纹启裂和扩展机制以及滑移系激活规律进行了模拟计算分析.结果表明:晶体取向和环境温度对裂纹启裂和扩展以及断裂强度和断裂形式有较大的影响,低温下裂纹扩展沿着特定的滑移带方向,与裂纹平面成一斜角,[001]裂纹取向下为45°,[001]裂纹取向下为53.7°,[111]裂纹取向下为90°,这使得宏观上裂纹扩展路径呈现Z字形外观.而温度较高时,发生的Ⅰ型裂纹扩展与加载方向垂直.并且随着温度的升高,断裂形式逐步由脆性断裂转化为韧性断裂.
关键词:
镍基单晶体
,
CT试样
,
裂纹
,
断裂
温志勋
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侯乃先
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岳珠峰
稀有金属材料与工程
基于镍基单晶合金蠕变变形过程中的细、微观组织结构变化及损伤特点,建立了考虑材质劣化和孔洞损伤的双参数蠕变损伤本构方程.利用所建模型对裂纹前缘含铸造缺陷(孔洞)的镍基单晶合金紧凑拉伸(CT)试样蠕变损伤和裂纹萌生进行了模拟计算,并考虑了晶体取向偏差和随机性的影响.计算结果表明:晶体取向和孔洞位置对试样蠕变损伤和裂纹萌生行为有着显著的影响.当孔洞距切口根部距离较近时,裂纹形核于切口附近的孔洞表面,裂纹形核时间较短;孔洞距切口根部距离较远时,裂纹形核位置位于切口表面,具体位置取决于试样的晶体取向,裂纹形核时间较长.随着加载轴晶体取向偏角的增大,裂纹形核时间明显缩短,其分散性加大,最大有34.7%的变化幅度;试样在2个不受控的晶体取向变化时,在偏角为45°和80°出现极值,裂纹形核时间最大偏差达3倍.
关键词:
镍基单晶合金
,
CT试样
,
孔洞
,
蠕变损伤
,
裂纹形核
温志勋
,
岳珠峰
,
朱振涛
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2007.12.004
采用紧凑拉伸(CT)试样对三种晶体取向[001],[011],[111]的镍基单晶合金DD3在950,850℃和760℃下的拉伸以及950℃时的蠕变和疲劳性能进行了实验研究.应用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分别对单晶体裂纹扩展路径和断口表面进行了观察和分析.拉伸实验结果表明:单晶体裂纹扩展路径沿着特定的晶体学矢量方向扩展而在试样自由表明呈现Z字型外观,其扩展方向及形状取决于晶体取向.温度对试样的断裂形式影响较为显著,760℃时的断裂特征为剪切型脆性断裂,断裂平面为沿滑移面的光滑斜断口;950℃下试样断裂逐渐转变为微孔聚集型韧性断裂,断口由粗糙的剪切唇和纤维区构成.蠕变和疲劳实验结果表明:镍基单晶具有明显的蠕变和疲劳性能各向异性,蠕变寿命以[011],[111],[001]顺序依次减小,疲劳寿命以[111],[011],[001]顺序依次减小;蠕变及疲劳裂纹扩展路径均与加载方向垂直,断裂表面均为光滑的平断口.试样断口细观分析显示,蠕变试样断口由杯锥状韧窝组成,而疲劳试样断口则由疲劳裂纹组成.疲劳损伤比蠕变损伤更有利于裂纹的扩展.
关键词:
单晶体
,
CT试样
,
裂纹扩展路径
