表面再結晶對單晶高溫合金SRR99中溫持久性能及斷裂行為的影響

張 兵， 劉德林， 陶春虎， 姜 濤

(1.北京航空材料研究院中航工業失效分析中心，北京 100095;2.中航試金石檢測科技有限公司，北京 100095)

定向凝固和單晶高溫合金廣泛用于制造先進燃氣渦輪發動機導向葉片及工作葉片等關鍵部件。在高溫服役期間，蠕變變形是葉片失效的主要機制［1］。因此，葉片合金的蠕變/持久壽命，作為發動機設計的關鍵參數之一，一直受到研究者關注。鑄造多晶高溫合金中與應力軸垂直的晶界是高溫變形時裂紋起源的主要位置［2，3］，而晶界定向排列并平行于應力主軸方向后，高溫下作用在晶界上的應力會最小，從而延緩裂紋形成并增加蠕變/持久壽命。為此，采用定向凝固工藝制造的定向凝固和單晶高溫合金葉片逐漸在先進航空發動機和地面燃汽輪機上得到廣泛應用。

采用定向凝固和單晶高溫合金的目的在于消除與應力軸垂直的晶界。同時，為了提高合金的初熔溫度，盡可能地減少 B，Hf，Zr和C等晶界強化元素。由于定向凝固和單晶高溫合金不含或少含晶界強化元素，發生再結晶后，再結晶晶界很弱，服役過程中易在再結晶晶界及再結晶層與基體材料的界面處萌生裂紋，使合金性能大大降低［4～9］。

近年來，國內外對于定向凝固和單晶高溫合金的再結晶行為、再結晶對性能的影響以及再結晶的預防和控制進行了較為系統的研究［4～13］，對于再結晶的影響因素、再結晶對于合金性能的影響規律以及再結晶的抑制方法有了較為深入的認識。……