镍基单晶合金中温疲劳性能应力集中敏感性

王欣^1,2，汤智慧^1,2，刘晨光^1,3，李春志¹，赵振业¹

1. 中国航发北京航空材料研究院2. 航空材料先进腐蚀与防护航空重点实验室3. 先进高温结构材料国防科技重点实验室

摘 要：疲劳是涡轮叶片的一种主要失效模式.本文开展了DD11单晶合金在650℃中温条件下2种应力集中系数(K_t=1(光滑状态)、K_t=3(缺口状态))的旋转弯曲疲劳性能研究,对比了2种应力集中系数下的疲劳强度,并开展了相关断口分析.结果表明:应力集中系数由K_t=1增大到K_t=3时,疲劳极限由446 MPa降低为311 MPa,说明DD11单晶合金疲劳性能存在应力集中敏感性;疲劳寿命由10~5提高到10~7时,光滑状态由600 MPa降低为420 MPa,疲劳强度降低幅度为180 MPa,而缺口状态由370 MPa降低为290 MPa,降低幅度为80 MPa,说明应力集中条件下DD11单晶合金的疲劳寿命对于外载变化较敏感.断口分析表明,光滑试样断口(应力500 MPa/疲劳寿命9.7×10~5)由几个相交的光滑晶体学平面组成,疲劳源萌生在距表面100μm左右的铸造孔洞;缺口试样断口(应力340 MPa/疲劳寿命8.1×10~5试样)呈平面状,与应力轴垂直,为多源疲劳模式,疲劳源观察到小刻面,在加工刀痕不连续位置萌生.

关键词：镍基单晶合金;旋转弯曲疲劳;应力集中;敏感性;中温;