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首页激光修复GH4169合金的持久断裂机理分析
"对GH4169合金锻件与激光成形修复(LFR)件的显微组织和持久性能进行了研究,分析了断裂机制。" 本文深入探讨了GH4169高温合金在激光修复过程中的显微组织特性和持久性能,以及其断裂机制。GH4169是一种广泛应用的镍基高温合金,因其优异的耐热和机械性能而受到重视。文章首先指出,锻造GH4169合金的显微组织主要由等轴晶构成,晶界和晶内存在颗粒状或短棒状的δ相。这些δ相的弥散析出对位错运动起到显著阻碍作用,从而降低裂纹扩展速率,提高了材料的耐久性。 接下来,作者关注于激光修复后的GH4169合金。经过直接双级时效处理(DA)后,修复件的组织特征并未发生显著改变,依旧保持沿激光沉积方向的柱状枝晶结构。然而,值得注意的是,枝晶间仍然保留了块状的Laves相,这是一种脆性相,对于裂纹的产生和扩展具有促进作用。 在持久性能实验中,锻件在高温持久载荷下表现出微孔聚集型断裂。δ相和碳化物(MC)成为微孔形成的焦点,断裂后形成了形状和尺寸不一的韧窝组织,显示了材料良好的韧性。相比之下,激光修复试样的断裂发生在修复区域的一侧,由于韧窝主要在枝晶间的Laves相和MC处形核,因此形成的韧窝组织以枝晶间区域为中心,伴有以枝晶干区域为撕裂棱的特征,这表明修复区的力学性能相对较弱。 通过对激光修复GH4169高温合金的显微组织和持久性能的深入研究,揭示了其断裂机制的关键因素,即δ相、Laves相和碳化物MC的作用。这些发现对于优化激光修复工艺、提高修复件的耐久性和可靠性具有重要指导意义,为未来的设计和工程应用提供了理论基础。同时,该研究也为理解和改进其他高温合金的激光修复工艺提供了借鉴。
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第 42 卷 第 4 期
2015 年 4 月
Vol. 42, No. 4
April, 2015
中 国 激 光
CHINESE JOURNAL OF LASERS
0403005-
激光修复 GH4169 高温合金的持久断裂机制研究
明宪良 陈 静 谭 华 杨海欧 林 鑫
西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
摘要 对 GH4169 合金锻件与激光成形修复(LFR)件进行显微组织观察和持久性能实验。结果表明:锻造 GH4169 合
金组织为等轴晶,在晶界和晶内弥散析出颗粒状或短棒状
δ
相,可有效阻碍位错运动以及降低裂纹扩展速率;激光
修复 GH4169 合金经直 接双级时效 处理(DA)后 ,与沉积态 相比,组织特征变化不 大,呈现为 沿沉积方向外延 生长的
柱状枝晶,枝 晶 间 仍然存在块 状 Laves 相,Laves 相 作 为一个脆性相 ,为 裂 纹的起源和 扩 展 提 供了有利的 位 置 和通
道。锻件试样经受高温持久载荷时的断裂机制表现为微孔聚集型断裂,其中δ相、碳化物(MC)是微孔形成的核心,并
且断裂后留下了形状与尺寸各异的韧窝组织。激光修复试样经受高温持久载荷时断裂发生在修复区一侧,韧窝以
枝晶间 Laves 相和 MC 为形核中心,因此留下了以枝晶间区域为韧窝中心和以枝晶干区域为撕裂棱的韧窝组织。
关键词 激光技术; 激光修复; GH4169 高温合金; 显微组织; 持久性能; 断裂机制
中图分类号 TG146.4; TN249 文献标识码 A
doi: 10.3788/CJL201542.0403005
Research on Persistent Fracture Mechanism of Laser Forming
Repaired GH4169 Superalloy
Ming Xianliang Chen Jing Tan Hua Yang Haiou Lin Xin
State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University,
Xi′an, Shaanxi 710072, China
Abstract The microstructure and persistent properties of the wrought samples and the laser forming repaired
(LFR) samples of GH4149 alloy are investigated.The results show that the microstructure of wrought substrate is
characteristic of equiaxed grains, and there are grainess and short rod like
δ
phase distributes in and along
boundaries of the grains, which can effectively prevent dislocation motion and reduce the rate of crack propagation.
Compared with as-deposited samples, the microstructure of laser repaired GH4169 alloy with double aged (DA)
treatment changes little and still is characteristic of columnardendrites which grow epitaxially along the deposition
direction of the substrate. There are still masses of Laves phase precipitations between dendrites. Laves phase is
a brittle phase which provides a favorable position for the initialization and expansion of the cracks. The fracture
mechanism of wrought sample suffering from high temperature is due to microvoid coalescence fracture, and the
MC、
δ
phase are nucleation centers of micropores which form dimples with different shapes and sizes after fracture.
The break of the repaired samples suffering from high temperature lood occurs in the repaired zone. The
interdendritic Laves phase、MC are nucleation centers of the dimples, thus leaving the dimples of recognizing
interdendritic region as dimple center and dendrite dry region as torn edges.
Key words laser technique; laser forming repair; GH4169 superalloy; microstructure; persistent properties;
fracture mechanism
OCIS codes 140.3390; 160.3900; 350.3390
收稿日期: 2014-11-19; 收到修改稿日期: 2014-12-30
基金项目: 国家自然科学基金(51105311)、西北工业大学基础研究基金(NPU-FFR-JC201234)
作者简介: 明宪良(1990—),男,硕士研究生,主要从事金属结构件的激光增材制造方面的研究。
E-mail: mingxianliang@126.com
导师简介: 陈 静(1970—),女,教授,主要从事金属结构件的激光增材制造方面的研究。
E-mail: phd2003cjj@nwpu.edu.cn(通信联系人)
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