摘要
第二代镍基单晶高温合金DD6,是我国自主研发的高性能合金材料，已在我国航空工业及其他领域大量投入应用。其中涡轮叶片在工作过程中受到振动载荷、离心载荷及高温氧化腐蚀等复杂环境的交互影响，服役性能的退化与其显微组织变化紧密相连，由于叶片的实际服役状态极为复杂且难以通过直接取样进行研究，采用应力时效、超温热暴露、超温应力时效等一系列模拟试验方法来复现叶片的实际服役条件，从而探究合金的显微组织演变、力学性能退化及其关联机制。 在850℃～1070℃的温度范围和38～200 MPa的应力区间内，对DD6合金进行了时长为50～500小时的应力时效处理。结果显示，在980℃～1070℃的温度区间内，随着时效时间的延长和温度的提升，γ'相体积分数逐步减少，同时其通道平均尺寸呈现增长趋势。此外，应力施加促进了 γ'相的筏化，且筏化程度与施加的应力水平成正比关系。基于应力时效处理后的微观结构特征，选取了代表性的试验条件进行了力学性能评估。结果表明，随着应力时效时间的增加，合金的拉伸、持久以及疲劳性能均出现了退化现象。 在本研究中，进行了温度设定在1100℃～1200℃范围内超温热暴露试验，保温时间分别为2小时、5小时、10小时和50小时。实验结果显示，随着超温处理时间的增长和温度的提升，γ'相的立方度逐渐降低，同时γ'相和γ基体均出现了不同程度的晶粒长大现象。此外，在γ通道中观察到了二次γ'相的析出，这些变化共同导致了合金的力学性能下降。 在 1100 ℃～1200 ℃/30 MPa～110 MPa 条件下进行 2 h、5 h、10 h、50 h 的超温应力时效模拟试验，结果显示:随着超温应力时效时间的延长，γ'相筏化程度逐渐完善，γ基体通道宽度增大并析出二次γ'相，γ'相体积分数逐渐减小。在超温应力时效过程中，显微组织变化在实验条件内存在平衡状态，当筏化完善后，γ'相体积分数、γ基体通道宽度将不再随着外应力和时效时间的增加而变化。合金经超温应力时效后，拉伸、持久、疲劳力学性能随着时效时间的增加逐渐降低。 通过对应力时效、超温热暴露处理下的DD6合金的微观组织和力学性能数据进行系统分析，本研究旨在建立服役环境、微观组织和力学性能之间的相互关系。基于这些数据，成功绘制了 DD6合金在模拟服役条件下的微观组织演化图谱，该图谱可作为发动机返修时对DD6合金涡轮叶片进行组织检查的参考，并为评估叶片剩余使用寿命提供数据支持。
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