DD6單晶合金渦輪葉片排氣窗裂紋分析

田 昊，宋文興，馬世巖，王 雷，李 青

（中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽(yáng)110015）

0 引言

渦輪葉片是航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重要熱端部件，直接承受來(lái)自燃燒室熾熱燃?xì)獾臎_刷，需要在高溫、高壓及高速旋轉(zhuǎn)的惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間可靠工作[1-2]。資料表明[3]：渦輪前燃?xì)鉁囟让刻岣?00 K，發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比提高10%左右，所以提高渦輪葉片的耐高溫能力對(duì)提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能至關(guān)重要。

觀察組TBIL、ALT水平顯著高于對(duì)照組，ALB、A/G相比于對(duì)照組明顯降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表2。

鎳基單晶合金具有優(yōu)良的高溫性能，是世界各國(guó)制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的首選材料[4-9]。中國(guó)已經(jīng)成功研制一系列鎳基單晶合金，DD6是第2代高溫合金中的典型代表，其拉伸、持久、抗氧化及耐熱腐蝕等性能在國(guó)內(nèi)外第2代單晶合金中處于領(lǐng)先水平[10]，還具備高溫強(qiáng)度高、組織穩(wěn)定、鑄造工藝性好及材料成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但某型DD6單晶合金葉片成品率不到30%，其中因?yàn)楸砻嬖俳Y(jié)晶導(dǎo)致的不合格占問(wèn)題葉片的一半以上[11]，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中亟待突破的瓶頸。

近10年來(lái)，針對(duì)頻發(fā)的DD6單晶合金表面再結(jié)晶問(wèn)題，國(guó)內(nèi)的研究人員開(kāi)展了大量關(guān)于再結(jié)晶機(jī)理和制造工藝影響的探索與攻關(guān)。李嘉榮[12-13]揭示了DD6單晶合金發(fā)生表面再結(jié)晶的條件和微觀機(jī)理；關(guān)于截面畸變區(qū)域再結(jié)晶的形成機(jī)理，馬健等[11]研究了DD6單晶葉片緣板再結(jié)晶裂紋，結(jié)果表明：再結(jié)晶在試車(chē)前已經(jīng)存在，是緣板區(qū)域在凝固時(shí)因過(guò)大的鑄造熱應(yīng)力析出碳化物，在其后的熱處理過(guò)程形成晶界富鎢的再結(jié)晶晶粒；DD6高溫合金與陶瓷型殼會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)，引起葉片表面再結(jié)晶，姚建省等[14]探究了界面反應(yīng)機(jī)理，指出降低型殼內(nèi)的氣孔率能減少毛細(xì)作用的產(chǎn)生，從而有效抑制界面反應(yīng)；柳百成[15-16]院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)固溶處理中加熱溫度和枝晶結(jié)構(gòu)對(duì)再結(jié)晶影響開(kāi)展研究，指導(dǎo)鑄造工藝的改進(jìn)優(yōu)化；劉麗榮[17]以鑄態(tài)和固溶態(tài)的DD6合金試棒為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)進(jìn)行表面吹砂和熱處理得到再結(jié)晶層，發(fā)現(xiàn)2種試樣的再結(jié)晶層厚度均隨吹砂時(shí)間增加而增大，而合金的持久性能會(huì)隨再結(jié)晶層厚度的增大而降低。

終于開(kāi)始順利地登記，與上一次不同，那些工作人員這一次仿佛圣徒見(jiàn)到了真正的神。他們對(duì)西雙崇拜得五體投地，他們說(shuō)活這么大還從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)這樣好的男人。他們對(duì)西雙和樓蘭的事情問(wèn)長(zhǎng)問(wèn)短，直把西雙問(wèn)得煩不勝煩。樓蘭始終靜靜地躺著，身上蓋了厚厚的被子，她抖著身體，卻把西雙的手抓得更緊。她看一眼西雙，看一眼窗口的工作人員，再看一眼西雙，目光飄忽不定，卻有著柔軟潮濕的主調(diào)。頭頂?shù)牡跗?，不緊不慢地往她的身體里補(bǔ)充著最后的生命之泉。

將斷口在掃描電鏡中放大觀察，源區(qū)的高倍形貌如圖5（c）所示。從圖中可見(jiàn)，微裂紋斷口主要為氧化顆粒，未見(jiàn)承受機(jī)械載荷斷裂的特征，與圖3（b）形貌相似。裂紋擴(kuò)展區(qū)的高倍形貌如圖5（d）所示。從圖中可見(jiàn)，具有疲勞條帶特征，與圖3（d）形貌相似。通過(guò)微裂紋斷口與疲勞裂紋斷口的形貌對(duì)比，可推斷出疲勞起始于間隔墻處的微裂紋。

但是迄今為止，對(duì)于DD6單晶合金渦輪葉片截面突變區(qū)域再結(jié)晶機(jī)理的揭示，以及型芯材料對(duì)再結(jié)晶影響的研究比較少。為此，本文對(duì)DD6單晶合金渦輪葉片在整機(jī)試車(chē)一定時(shí)數(shù)后發(fā)現(xiàn)的排氣窗裂紋進(jìn)行分析，復(fù)查生產(chǎn)工藝，并采用模擬試驗(yàn)進(jìn)行深入探索，為避免DD6單晶合金渦輪葉片出現(xiàn)再結(jié)晶提供借鑒。

1 試驗(yàn)方法

嵌入式仿真（Embedded Simulation）系統(tǒng)的目的是通過(guò)有效、近似實(shí)際作戰(zhàn)的模擬訓(xùn)練，提高部隊(duì)作戰(zhàn)人員和武器裝備在現(xiàn)代復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際設(shè)備通常用作物理效果設(shè)備，實(shí)時(shí)模擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用接口設(shè)備嵌入到安裝中，以此實(shí)現(xiàn)了將虛擬仿真和實(shí)時(shí)仿真的結(jié)合，為使用者提供了較為逼真的訓(xùn)練環(huán)境[1]。

為探究排氣窗裂紋與間隔墻處表面微裂紋的關(guān)系，在故障葉片上隨機(jī)選取1個(gè)具有表面微裂紋的間隔墻進(jìn)行試驗(yàn)，打開(kāi)微裂紋以觀察斷口形貌，與排氣窗裂紋的斷口進(jìn)行對(duì)比。在葉片裂紋部位和完好部位上截取試樣，通過(guò)掃描電鏡附帶的IE250X-Max50型能譜分析儀對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)與對(duì)比。

復(fù)查葉片的生產(chǎn)流程，在熱處理工序后有使用腐蝕液進(jìn)行再結(jié)晶檢驗(yàn)的工序，推斷間隔墻表面的微裂紋應(yīng)為該工序中腐蝕液侵蝕再結(jié)晶晶粒的晶界所致。為驗(yàn)證此觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)模擬微裂紋形成的試驗(yàn)：在沒(méi)有再結(jié)晶的DD6單晶合金渦輪葉片上截取試樣，根據(jù)單晶合金再結(jié)晶的產(chǎn)生機(jī)理，通過(guò)敲擊使樣品產(chǎn)生塑性變形；在再結(jié)晶溫度以上保溫一定時(shí)間產(chǎn)生再結(jié)晶；模擬再結(jié)晶檢驗(yàn)工序，對(duì)試樣腐蝕處理20 min，并在高溫下保溫一定時(shí)間模擬試車(chē)過(guò)程，觀察腐蝕后樣品再結(jié)晶處的形貌，與試車(chē)后形成的微裂紋進(jìn)行對(duì)比。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 裂紋宏觀特征

某故障葉片的熒光檢測(cè)結(jié)果如圖1（a）所示。從圖中可見(jiàn)，箭頭所指示的綠色線段是裂紋的熒光顯示，根據(jù)照片可判斷裂紋位于葉身尾緣。在熒光檢測(cè)后清洗葉片，葉片整體均未見(jiàn)超溫變色現(xiàn)象。在視頻顯微鏡下放大觀察該故障葉片的裂紋形貌，如圖1（b）所示。從圖中可見(jiàn)，裂紋位于葉身尾緣盆部沿葉高方向的中部區(qū)域，在葉片排氣窗附近水平擴(kuò)展，然后轉(zhuǎn)折朝葉尖方向，排氣窗內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋。裂紋方向與葉身高度方向約呈45毅擴(kuò)展，葉片表面裂紋長(zhǎng)度約為21 mm。

2.2 斷口形貌觀察

故障葉片裂紋的斷口宏觀形貌如圖2（a）所示。其中1#間隔墻為裂紋附近的間隔墻，2#間隔墻是在打開(kāi)裂紋過(guò)程中順帶打開(kāi)的為1#和2#間隔墻在掃描電鏡下的整體形貌，分別如圖2（b）、（c）所示。從圖2（a）、（b）中可見(jiàn)，1# 間隔墻斷口呈灰黑色，為典型的疲勞弧線和放射棱線特征，表明葉片裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋。根據(jù)疲勞弧線和放射棱線的方向，可判斷斷口疲勞起始于葉片尾緣間隔墻的內(nèi)腔轉(zhuǎn)角處，源區(qū)部位顏色光亮，呈沿晶輪廓。從圖2中可見(jiàn)，2#間隔墻斷口也具有典型的疲勞弧線和放射棱線特征，根據(jù)疲勞弧線和放射棱線方向判斷斷口疲勞同樣起始于排氣窗間隔墻的轉(zhuǎn)角處，且轉(zhuǎn)角處存在與源區(qū)相連的異常微裂紋。

圖2 間隔墻斷口形貌

在掃描電鏡中進(jìn)一步放大觀察1#間隔墻斷口形貌，疲勞源區(qū)的低倍形貌如圖3（a）所示。從圖中可見(jiàn)，疲勞源區(qū)與疲勞擴(kuò)展區(qū)形成明顯分界，未見(jiàn)斷裂特征，斷面光滑且氧化嚴(yán)重。疲勞源區(qū)的高倍形貌如圖3（b）所示。從圖中可見(jiàn)，表面為致密的氧化顆粒，未見(jiàn)承受機(jī)械載荷斷裂的形貌特征，表明整個(gè)斷口源區(qū)并非在試車(chē)過(guò)程中形成。裂紋擴(kuò)展區(qū)的低倍形貌如圖3（c）所示。從圖中可見(jiàn)典型的放射棱線。裂紋擴(kuò)展區(qū)的高倍形貌如圖3（d）所示。從圖中可見(jiàn)，擴(kuò)展區(qū)斷面被氧化膜覆蓋，具有標(biāo)準(zhǔn)的疲勞條帶特征。人為打開(kāi)區(qū)的低倍形貌和高倍形貌分別如圖3（e）、（f）所示。從圖中可見(jiàn)，呈現(xiàn)出滑移加韌窩的斷裂特征，與疲勞源區(qū)和裂紋擴(kuò)展區(qū)的形貌有明顯差異。

（1）變化的熱力學(xué)條件：經(jīng)受冷塑性變形后金屬的吉布斯自由能為

圖3 疲勞斷口的掃描電鏡圖像

2.3 金相組織檢查

視頻顯微鏡中間隔墻處微裂紋的典型形貌如圖4（a）所示。在檢查排氣窗間隔墻情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)故障葉片剩余間隔墻內(nèi)腔轉(zhuǎn)接部位均有表面微裂紋。為分析間隔墻微裂紋的性質(zhì)，解剖這些間隔墻以制取金相試樣，進(jìn)行磨制、拋光、腐蝕后觀察。微裂紋的截面形貌如圖4（b）所示。從圖中可見(jiàn)，有疑似裂紋延展進(jìn)入葉片基體。腐蝕后的截面形貌如圖4（c）所示。從圖中可見(jiàn)，該處存在異常晶粒，尺寸約為0.66 mm，微裂紋沿異常晶粒邊界產(chǎn)生，且與該處異常晶粒截面在形貌和尺寸上一致；在晶粒約0.64 mm處存在1個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階后裂紋平直擴(kuò)展。

就其發(fā)展軌跡來(lái)看，我國(guó)高等職業(yè)教育具有非常明顯的“高等性”與“職業(yè)性”，與普通高校存在著較大差別，高職院校的校園文化建設(shè)，不能固守中等職業(yè)教育的文化塑造模式，也不能一味模仿和全搬全套普通高校的文化建設(shè)。作為輔導(dǎo)員，一方面，要充分認(rèn)識(shí)到高職校園文化的“高等性”，重視優(yōu)秀中華傳統(tǒng)文化、社會(huì)主義核心價(jià)值體系，公民日常行為規(guī)范等的重要作用，追求符合規(guī)范，教會(huì)學(xué)生做人，突出人文導(dǎo)向；另一方面，要充分認(rèn)識(shí)到高職校園文化的“職業(yè)性”，重視效益至上理念、行業(yè)企業(yè)文化、優(yōu)秀企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、精神等的重要作用，追求符合專(zhuān)業(yè)，教會(huì)學(xué)生做事，突出就業(yè)導(dǎo)向。

使用能譜分析儀對(duì)故障葉片的排氣窗裂紋部位和基體完好部位進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。從表中可見(jiàn)，裂紋和基體部位的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒(méi)有明顯差異，都基本符合DD6單晶合金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 微裂紋與其兩側(cè)晶粒取向

2.4 微裂紋的打開(kāi)

為探究疲勞裂紋與間隔墻處表面微裂紋的關(guān)系，在故障葉片上選取1個(gè)具有表面微裂紋的間隔墻，微裂紋形貌如圖5（a）所示。打開(kāi)其表面微裂紋，得到的斷口形貌如圖5（b）所示。從圖中可見(jiàn)，微裂紋斷口呈黑色，上面存在藍(lán)色的疲勞擴(kuò)展區(qū)，源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)存在明顯的分界線。

影視營(yíng)銷(xiāo)通過(guò)大眾喜聞樂(lè)見(jiàn)的方式傳播品牌，增加影視拍攝地的知名度，激發(fā)人們前往當(dāng)?shù)赜^光游覽。電影《非誠(chéng)勿擾1》讓原本不為人知的杭州西溪濕地名聲大震、《非誠(chéng)勿擾2》捧紅了三亞亞龍灣熱帶天堂森林公園就是明證

圖5 微裂紋斷口形貌與掃描電鏡圖像

2.5 化學(xué)成分分析

圖6 模擬試樣與截面形貌對(duì)比

表1 DD6單晶合金渦輪葉片化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果

2.6 微裂紋模擬試驗(yàn)

在模擬微裂紋形成的試驗(yàn)中，確認(rèn)試樣上有再結(jié)晶后，對(duì)其進(jìn)行20 min腐蝕并在1000℃下保溫2 h，得到的再結(jié)晶晶粒形貌如圖6（a）所示。從圖中可見(jiàn)，保溫后的試樣呈灰白色，再結(jié)晶晶粒的邊界形貌與故障葉片間隔墻處微裂紋的形貌相似。沿圖6（a）中yOz平面截取再經(jīng)過(guò)打磨、拋光和腐蝕后的截面形貌如圖6（b）所示。從圖中可見(jiàn)，箭頭所指為再結(jié)晶晶界邊緣的楔形缺口，這與圖6（c）中故障葉片間隔墻腐蝕后再結(jié)晶晶粒表面的楔形缺口形貌相似。該楔形缺口的位置對(duì)應(yīng)xOz平面上的微裂紋，表明故障葉片間隔墻處微裂紋應(yīng)為再結(jié)晶檢驗(yàn)工序中晶界被腐蝕的結(jié)果。

在掃描電鏡中觀察異常晶粒邊界，發(fā)現(xiàn)異常晶粒酌憶相與葉片基體酌憶相的位向存在一定偏差，如圖4（d）所示，高倍圖像（如圖4（e）所示）證明了二者位向的不同。圖4（f）說(shuō)明在臺(tái)階后，平直裂紋兩側(cè) 相的位向一致，可以初步判斷該平直裂紋為疲勞裂紋，源于晶粒邊界。

3 討論

3.1 葉身裂紋的產(chǎn)生機(jī)理

故障葉片排氣窗裂紋的斷口具有源區(qū)、疲勞擴(kuò)展區(qū)和人為打開(kāi)區(qū)3個(gè)不同的特征區(qū)域，為典型的疲勞裂紋斷口，呈多源開(kāi)裂特征。其中源區(qū)位于內(nèi)腔間隔墻轉(zhuǎn)接處，斷面光滑且氧化嚴(yán)重，具有沿晶斷裂特征，未見(jiàn)承受機(jī)械載荷斷裂的形貌，說(shuō)明在試車(chē)前已經(jīng)形成，并長(zhǎng)時(shí)間暴露在試車(chē)過(guò)程的高溫環(huán)境中。同時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片內(nèi)腔其他間隔墻的轉(zhuǎn)接處全部存在微裂紋，微裂紋的截面圖像顯示該部位具有再結(jié)晶，微裂紋沿再結(jié)晶晶界產(chǎn)生。人為打開(kāi)微裂紋形成斷口形貌，與排氣窗裂紋的斷口形貌相似，且源區(qū)部位相同，表明排氣窗裂紋由內(nèi)腔間隔墻轉(zhuǎn)接處的微裂紋擴(kuò)展形成，疲勞起源于再結(jié)晶晶粒邊界處。

根據(jù)上述分析結(jié)果，推斷出葉身裂紋的產(chǎn)生機(jī)理：故障葉片內(nèi)腔的間隔墻轉(zhuǎn)接部位存在再結(jié)晶晶粒，再結(jié)晶晶界處材料性能較低，易于開(kāi)裂形成沿晶粒邊界的微裂紋。在試車(chē)過(guò)程中，葉片在高溫高壓的環(huán)境中高速旋轉(zhuǎn)，微裂紋可以視作局部存在較大應(yīng)力集中，在振動(dòng)應(yīng)力作用下沿晶界疲勞擴(kuò)展，進(jìn)入葉片基體后發(fā)生穿晶斷裂，形成位于排氣窗的裂紋。

3.2 再結(jié)晶與微裂紋的形成

發(fā)生塑性變形的金屬在再結(jié)晶溫度以上加熱時(shí)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶變化，需要滿足熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)2方面條件。

從表1可以看出，蘋(píng)果園中風(fēng)速明顯降低，5月蘋(píng)果風(fēng)速最大，以后呈降低趨勢(shì)，不同處理風(fēng)速相差較大。蘋(píng)果樹(shù)冠上部風(fēng)速明顯大于樹(shù)冠下部，行間清耕蘋(píng)果下部風(fēng)速比上部風(fēng)速降低42. 84%，間作小麥風(fēng)速降低36. 47%，自然生草降低45. 49%。蘋(píng)果樹(shù)自身具有降低風(fēng)速的作用，效果明顯，樹(shù)冠迎風(fēng)面與背風(fēng)面相比，樹(shù)冠上部平均降低風(fēng)速23. 31%，樹(shù)冠下部風(fēng)速降低42. 00%。8月份行間清耕風(fēng)速下降率56. 91%，間作小麥下降40. 11%， 自然生草下降39. 33%；9月份行間清耕風(fēng)速下降率39. 67%，間作小麥下降36. 14%，自然生草平地下降15. 49%。

式中：ΔG為吉布斯自由能；ΔH為變形金屬的焓變；T為溫度；ΔS為熵變；ΔE為變形儲(chǔ)能。

皮亞杰認(rèn)為在認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展中客觀經(jīng)驗(yàn)是一個(gè)基本的因素，正是因?yàn)閮和瘬碛辛丝陀^經(jīng)驗(yàn)，他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)才能在客觀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步的發(fā)展，操作經(jīng)驗(yàn)也能隨之豐富，好奇心能更加合理的出現(xiàn)。但是由于兒童的認(rèn)知發(fā)展處于初級(jí)階段，他們必須到具體的生活情境中積累知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。知識(shí)經(jīng)驗(yàn)是從作用于對(duì)象的操作中獲得的而不是從對(duì)象本身獲得的，所以必須結(jié)合具體事例才能學(xué)習(xí)掌握。②

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，CTLA-4基因敲除的小鼠會(huì)迅速發(fā)展為淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)性心肌炎，進(jìn)一步導(dǎo)致嚴(yán)重的多器官衰竭[44-45]。小鼠心肌炎模型中CTLA-4(-/-)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞比CTLA-4(+/+)更易使小鼠罹患心肌炎[46]。因此，CTLA-4單抗引起心臟毒性的機(jī)制可能是其降低了心臟中T細(xì)胞特異性自身抗原活性的閾值。心臟毒性已經(jīng)與其他免疫療法如自身抗MAGE-A3 T淋巴細(xì)胞與心肌細(xì)胞的免疫反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞死亡相關(guān)聯(lián)。

（2）變化的動(dòng)力學(xué)條件：變形金屬加熱時(shí)發(fā)生的變化通過(guò)原子擴(kuò)散進(jìn)行，擴(kuò)散系數(shù)為

某型發(fā)動(dòng)機(jī)在整機(jī)試車(chē)24 h23 min后分解檢查，熒光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其中超過(guò)2%的DD6單晶合金渦輪葉片存在裂紋。此渦輪葉片為具有復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)的氣冷葉片，葉身尾緣盆部有若干個(gè)供內(nèi)腔冷卻氣流排出的排氣窗，相鄰的排氣窗由間隔墻分隔，故障裂紋均位于葉身中部的排氣窗附近。為確定葉片排氣窗裂紋的性質(zhì)，將裂紋部位打開(kāi)，在VHX-1000型視頻顯微鏡下觀察斷口特征；利用超聲波清洗裂紋斷口，在LEO1450型掃描電鏡下觀察源區(qū)形貌；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)故障葉片剩余間隔墻全部存在表面微裂紋，解剖這些間隔墻，在磨制、拋光、腐蝕后進(jìn)行金相組織觀察，確定微裂紋的性質(zhì)。

式中：D0為擴(kuò)散常數(shù)；Q為擴(kuò)散激活能；R為理想氣體常數(shù)。

經(jīng)受冷塑性變形后，金屬的熵變不大（TΔS項(xiàng)可以忽略不計(jì)），自由能近似等于變形儲(chǔ)能。而變形儲(chǔ)能會(huì)在變形后增高，使自由能升高，金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，有發(fā)生變化以降低能量的趨勢(shì)，變形儲(chǔ)能即成為發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。

可見(jiàn)隨溫度升高，原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，而溫度降低則擴(kuò)散困難[18]。

DD6單晶合金渦輪葉片內(nèi)腔的間隔墻轉(zhuǎn)接處為截面突變區(qū)域，在冷卻過(guò)程中凝固收縮不均勻并受到內(nèi)部型芯的阻礙，容易產(chǎn)生較大的鑄造殘余應(yīng)力，形成塑性變形層[19-21]，具有較大的變形儲(chǔ)能。在葉片制造流程中熱處理溫度高于再結(jié)晶溫度，應(yīng)力集中區(qū)域在熱處理中受到高溫激發(fā)，會(huì)從亞穩(wěn)態(tài)的高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的低能量狀態(tài)，滿足再結(jié)晶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。這期間合金的顯微組織發(fā)生變化[22]，相溶解使晶粒逐漸長(zhǎng)大，碳化物在晶界析出，最終在葉片內(nèi)腔的間隔墻轉(zhuǎn)接部位形成再結(jié)晶晶粒。

根據(jù)單晶合金葉片的制備流程，葉片在熱處理后會(huì)進(jìn)行再結(jié)晶檢驗(yàn)工序以驗(yàn)證單晶完整性，檢驗(yàn)時(shí)將H2O2和HCl按比例配制成腐蝕液，腐蝕葉片一定時(shí)間后進(jìn)行再結(jié)晶檢驗(yàn)。但在腐蝕過(guò)程中，腐蝕液會(huì)流入葉片內(nèi)腔，侵蝕間隔墻轉(zhuǎn)接部位再結(jié)晶晶粒的晶界，在內(nèi)腔形成微裂紋。因?yàn)殚g隔墻處的再結(jié)晶位置特殊，目視不可見(jiàn)，所以在再結(jié)晶檢驗(yàn)時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)間隔墻處的微裂紋和再結(jié)晶。

3.3 型芯強(qiáng)度對(duì)再結(jié)晶的影響

統(tǒng)計(jì)分析此型DD6單晶合金渦輪葉片制備中使用過(guò)的型芯材料，前后共有4種型芯材料投入生產(chǎn)，各種型芯材料生產(chǎn)出葉片的再結(jié)晶情況及強(qiáng)度特性見(jiàn)表2。其中料A的強(qiáng)度最高，使用該型芯材料生產(chǎn)出的每批葉片均有再結(jié)晶；強(qiáng)度最低的料D迄今未出現(xiàn)再結(jié)晶。數(shù)據(jù)表明再結(jié)晶的發(fā)生概率與型芯材料的強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。

鄉(xiāng)村是縣域的根本，鄉(xiāng)村振興有賴(lài)于縣域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展壯大。因此，加快推動(dòng)縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

表2 再結(jié)晶與型芯強(qiáng)度的關(guān)系

這是因?yàn)樵贒D6單晶合金渦輪葉片的鑄造過(guò)程中，高溫合金從約1340℃的固相線溫度開(kāi)始順序凝固，葉片內(nèi)部包裹型芯，合金的凝固收縮受阻。型芯材料的強(qiáng)度越大，在冷卻時(shí)變形量越小，對(duì)凝固收縮的阻礙作用越強(qiáng)，合金內(nèi)產(chǎn)生的鑄造殘余應(yīng)力越大，越容易在后續(xù)的熱處理過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶。所以在今后生產(chǎn)中選擇型芯材料時(shí)，要充分考慮型芯強(qiáng)度的影響，選擇強(qiáng)度合適的型芯，不使用強(qiáng)度過(guò)高的材料，避免再結(jié)晶的出現(xiàn)，保證單晶合金葉片的成品率。

4 結(jié)論

（1）DD6單晶合金渦輪葉片排氣窗裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋，起源于間隔墻內(nèi)腔的轉(zhuǎn)接處，源區(qū)部位存在再結(jié)晶，再結(jié)晶晶粒邊界開(kāi)裂產(chǎn)生微裂紋，微裂紋在試車(chē)時(shí)振動(dòng)應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞擴(kuò)展。

（2）故障葉片間隔墻處的再結(jié)晶晶粒與微裂紋在試車(chē)前已經(jīng)存在。在葉片凝固時(shí)，合金的收縮受到型芯的阻礙，而且間隔墻轉(zhuǎn)接處為截面突變區(qū)域，2個(gè)因素使內(nèi)腔轉(zhuǎn)接部位產(chǎn)生過(guò)大的鑄造殘余應(yīng)力，在熱處理過(guò)程中發(fā)生再結(jié)晶。后續(xù)的制備流程中包含再結(jié)晶檢驗(yàn)工序，在檢驗(yàn)時(shí)腐蝕液流入葉片內(nèi)腔，侵蝕再結(jié)晶晶界，在內(nèi)腔形成微裂紋。

（3）鑄造單晶合金氣冷葉片時(shí)所使用型芯的強(qiáng)度對(duì)再結(jié)晶有明顯影響，型芯的強(qiáng)度越高，單晶葉片產(chǎn)生再結(jié)晶的幾率越大。在采用的型芯材料中，料D的強(qiáng)度最低，采用其生產(chǎn)出的葉片目前未發(fā)現(xiàn)再結(jié)晶。