免费论文：定向凝固DZ4合金叶片故障及其再结晶行为研究

利用断口分析技术、金相组织显示技术、再结晶对定向凝固高温合金性能影响的定量分析等手段，分析了定向凝固DZ4制涡轮叶片的再结晶故障，研究了定向凝固DZ4合金再结晶的主要影响因素以及再结晶对合金性能影响的规律，提出了定向凝固高温合金叶片再结晶的检测与控制方法。二十余起定向凝固DZ4合金Ⅱ级涡轮叶片叶身裂纹、断裂失效模式相同。其失效模式为：定向凝固叶片进气边或排气边存在再结晶组织时，由于再结晶层的承载能力低，且再结晶区的力学性能、弹性模量等与基体有很大的差异，叶片承载时变形不协调使定向凝固叶片的再结晶区与基体界面处产生很大的应力集中，再加上服役过程中温度和应力联合作用，从而使叶片在服役条件下发生以发动机低循环为主的疲劳开裂。定向凝固高温合金叶片进气边、排气边区域再结晶的存在，会改变叶片的受力状态，再结晶区域达一定深度后，其作用与存在等长的裂纹相当。定向凝固DZ4合金开始再结晶的温度在1000℃~1050℃范围内；变形量、保温时间对定向凝固DZ4合金再结晶区域深度影响较大。随着变形量的增加，定向凝固DZ4合金的再结晶深度逐渐增大；在热处理不高于1150℃时，定向凝固DZ4合金再结晶的深度随热处理温度的升高有所增大，但增大的幅度较小；而温度超过1150℃后，定向凝固DZ4合金再结晶的深度迅速增大。变形速率、变形保持时间对定向凝固DZ4合金再结晶形貌影响较大。随变形速率的增大，定向凝固DZ4合金的再结晶局部化；随变形保持时间的增加，再结晶晶粒明显增大。再结晶的存在降低了定向凝固DZ4合金的高温性能。定向凝固DZ4合金棒材表面130m的再结晶使其持久寿命下降33%；定向凝固DZ4合金板材表面194.2μm的再结晶（约占断口总面积的8%）使其持久寿命下降了约22%，并且随着再结晶层深度的增加，持久寿命迅速下降。再结晶层本身强度较低、再结晶层与基体的变形不协调以及再结晶层所具有的缺口效应导致了定向凝固DZ4合金高温机械性能的下降。可通过金相检测对定向凝固高温合金叶片中再结晶进行检测，可通过工艺措施控制定向凝固高温合金叶片中的再结晶。

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