飞秒激光加工气膜孔工艺对单晶高温合金再结晶行为及高温疲劳性能的影响研究

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单晶高温合金消除了晶界,具有优异的高温力学性能,而再结晶的出现显著降低合金的力学性能,导致涡轮叶片寿命下降。本文以DD6单晶高温合金为研究对象,利用电子背散射衍射(EBSD)和纳米压痕试验、真空高温保温试验、高温疲劳试验以及光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等,系统研究了不同飞秒激光工艺(10w、30w、“30w+修复”)加工气膜孔对气膜孔孔边残余应力、静态再结晶和动态再结晶以及高温疲劳性能的影响。研究结果表明:一、在3种飞秒激光加工气膜孔工艺中,“30w+修复”工艺加工的气膜孔孔边残余应力最小,孔边应变分布较为均匀,应变宽度范围最小,加工效果最好;其次为10w工艺,再次是30w工艺。“30w+修复”中的“修复”工艺有效去除30w工艺残留的大部分应变区,并提高了气膜孔的外观质量。二、分别在1200℃、1250℃、1300℃保温1h、2h、3h、4h的静态再结晶试验结果表明:3种飞秒激光加工工艺均只有在1300℃保温3h和4h时观察到再结晶组织;其中“30w+修复”工艺的再结晶组织厚度最小,其次为10w工艺,30w工艺厚度最大。说明增加“修复”工艺不仅能提高气膜孔质量,同时可减薄再结晶厚度。所有工艺中的气膜孔孔边残余的大块共晶在1200℃、1250℃、1300℃保温后都发生组织退化,随着温度的升高,出现葵花共晶组织和板条状组织。并建立了大块共晶、葵花共晶和板条状组织之间的元素扩散模型。三、30w和“30w+修复”两种工艺的气膜孔疲劳试样在1000℃下,分别承受450MPa、500MPa和600MPa三个应力的高温疲劳性能表明:不同应力下,30w+修复的疲劳试样寿命均要比30w的高,这是由于经过“修复”工艺的气膜孔孔周轮廓更加光滑,在疲劳试验中受力更加均匀。疲劳裂纹从孔边起源,形成扇形的氧化层形貌,随着应力的增大,由孔边起始的裂纹扩展第一阶段长度逐渐减小。仅在450MPa的低应力下,气膜孔孔边发生γ’相的筏化。3个应力下均未观察到再结晶组织。
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