熱力耦合模擬服役條件對DZ406 合金組織和持久性能的影響

賈新云, 宗 毳, 郭 婧, 陳升平, 鄭 真, 趙文俠, 黃朝暉

（1．中國航發北京航空材料研究院 先進高溫結構材料重點實驗室，北京 100095；2．中國航發湖南動力機械研究所， 湖南株洲 412002；3．中國航發北京航空材料研究院 航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，北京 100095）

鎳基高溫合金以其優異的高溫力學性能、較低的蠕變速率、良好的抗氧化和抗腐蝕性能而廣泛應用于制備航空發動機渦輪葉片[1-2]。定向凝固高溫合金消除了對高溫性能產生不良影響的橫向晶界，極大地提高了合金的疲勞性能和蠕變性能[3]。為滿足國內先進渦軸發動機渦輪工作葉片的需求，北京航空材料研究院研制了二代定向合金DZ406，該合金是以國際上先進的二代定向合金為基礎，在綜合平衡高溫強度及鑄造性能的同時，對Al、Ta、C 元素含量進行調整后，得到的新型二代定向高溫合金DZ406[4-5]。由于高溫合金葉片在服役過程中長期處于高溫高壓環境中，在熱-應力耦合作用下葉片的組織逐漸老化，導致性能不斷退化，因此葉片的使用壽命遠低于發動機總壽命[6]。高溫合金渦輪葉片在服役過程中的組織演變和性能退化問題一直是航空領域材料研究的重點。從長期來看，正常服役狀態下發生的組織性能損傷將成為渦輪葉片壽命的主要限制因素[7]。對于DZ406 合金，此前大量研究工作集中在實驗室條件下對葉片材料在高溫長期時效后的組織和性能演變等的研究上[8-10]，而對模擬服役條件合金葉片組織和性能的研究較少，服役葉片組織和性能的量化表征對航空發動機的壽命預測和延壽具有更重要的意義。……