Abstract A three-stepped specimen of Ni-base superalloy was designed in the paper to conduct cyclic creep tests under different stress levels. The experiment aimed at studying the effect of loading cyclic numbers and the stress state on the rafting mechanism and the cyclic creep behavior. The design of three-stepped specimen can help to simultaneously analyze the extent of microstructure evolution under different stress states, which included uniaxial states in gauge sections and multiaxial stress states in beveled sections. Metallographic observations revealed that both the rafting behavior and topological inversion behavior of γ/γ′ microstructure occurred during the cyclic creep tests. The specific connectivity number of the γ′ phase NA (γ′) was introduced to assess the extent of these microstructure evolutions, which was found to be related to the loading cyclic numbers and stress levels. Then a parameter of normalized cyclic number Tr was proposed to consider the contribution of these two factors. The extent of microstructure evolution was observed increasing with the normalized cyclic number. And the relationship between evaluation parameters NA (γ′) and Tr was proved to follow an asymptotic equation. The finite element model that established in the paper assisted to qualitatively analyze the rafting or topological inversion process. It successfully predicted the cyclic lives and acquired the normalized cyclic number Tr. The magnitude and distribution gradient of principal stress field in finite element model effectively account for rafting behavior under different stress states.

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应力状态对镍基高温合金漂流机理及循环蠕变行为的影响

摘要 设计了镍基高温合金三阶试样，在不同应力水平下进行循环蠕变试验。实验旨在研究加载循环数和应力状态对漂流机制和循环蠕变行为的影响。三阶梯试样的设计有助于同时分析不同应力状态下微观结构演变的程度，包括标准截面的单轴状态和斜截面的多轴应力状态。金相观察表明，在循环蠕变试验期间，γ/γ′显微组织的漂流行为和拓扑反转行为均发生。引入了γ'相NA（γ'）的特定连接数以评估这些微观结构演变的程度，发现这与加载循环数和应力水平有关。然后提出归一化循环数Tr的参数来考虑这两个因素的贡献。观察到微观结构演变的程度随着归一化循环数的增加而增加。并证明评价参数NA(γ')与Tr之间的关系遵循渐近方程。文中建立的有限元模型有助于定性分析漂流或拓扑反演过程。它成功地预测了循环寿命并获得了归一化循环数 Tr。有限元模型中主应力场的大小和分布梯度有效地解释了不同应力状态下的漂流行为。然后提出归一化循环数Tr的参数来考虑这两个因素的贡献。观察到微观结构演变的程度随着归一化循环数的增加而增加。并证明评价参数NA(γ')与Tr之间的关系遵循渐近方程。文中建立的有限元模型有助于定性分析漂流或拓扑反演过程。它成功地预测了循环寿命并获得了归一化循环数 Tr。有限元模型中主应力场的大小和分布梯度有效地解释了不同应力状态下的漂流行为。然后提出归一化循环数Tr的参数来考虑这两个因素的贡献。观察到微观结构演变的程度随着归一化循环数的增加而增加。并证明评价参数NA(γ')与Tr之间的关系遵循渐近方程。文中建立的有限元模型有助于定性分析漂流或拓扑反演过程。它成功地预测了循环寿命并获得了归一化循环数 Tr。有限元模型中主应力场的大小和分布梯度有效地解释了不同应力状态下的漂流行为。观察到微观结构演变的程度随着归一化循环数的增加而增加。并证明评价参数NA(γ')与Tr之间的关系遵循渐近方程。文中建立的有限元模型有助于定性分析漂流或拓扑反演过程。它成功地预测了循环寿命并获得了归一化循环数 Tr。有限元模型中主应力场的大小和分布梯度有效地解释了不同应力状态下的漂流行为。观察到微观结构演变的程度随着归一化循环数的增加而增加。并证明评价参数NA(γ')与Tr之间的关系遵循渐近方程。文中建立的有限元模型有助于定性分析漂流或拓扑反演过程。它成功地预测了循环寿命并获得了归一化循环数 Tr。有限元模型中主应力场的大小和分布梯度有效地解释了不同应力状态下的漂流行为。文中建立的有限元模型有助于定性分析漂流或拓扑反演过程。它成功地预测了循环寿命并获得了归一化循环数 Tr。有限元模型中主应力场的大小和分布梯度有效地解释了不同应力状态下的漂流行为。文中建立的有限元模型有助于定性分析漂流或拓扑反演过程。它成功地预测了循环寿命并获得了归一化循环数 Tr。有限元模型中主应力场的大小和分布梯度有效地解释了不同应力状态下的漂流行为。