一种镍基单晶高温合金的高温蠕变行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在1000℃的高温低应力蠕变行为。实验结果表明:合金蠕变速率呈现出先减小再增大的变化趋势,当应变量达到一定临界值(1±0.2)%后,变形速率迅速上升,蠕变进入第三阶段。高温蠕变初始阶段的主要变形机制为a/2〈110〉{111}型位错环在基体内运动。合金在高温蠕变稳态阶段的主要变形机制为位错切割γ’相,切割位错主要有螺型位错对和[001]超位错两种形式。     

用于动力与推进系统的先进金属材料

先进金属材料的研究,除金属和合金的传统研究外,还含有金属间化合物(合金带有一层有序原子结构)和金属基与金属间基复合物的研究。在它们中间,金属间化合物具有最好的高温性能,而通常应用的高温合金受温度或重量限制。Lewis对铝化铁(FeAl)和铝化镍(NiAl)进行了详细研究,发现近等原子βNiAl具有2980~0F熔点(而常用的高温合金只有2350~0F)、重量轻、抗氧化和合金处理后有强化潜能等优点。它的缺点是室温下延展性差、高温下强度较低。但添加钽后,可以增强NiAl的高温蠕变强度,接近通常高温合金2000~0F时的强度。透     

镍基高温合金的蠕变—疲劳交互作用行为及寿命预测

通过进行具有拉伸保持、压缩保持和拉－压保持的全反向总应变控制的低周疲劳实验,对镍基高温合金ＧＨ４０４９的蠕变－疲劳交互作用行为进行了系统的研究。结果表明,在较高的总应变幅下,合金首先发生循环应变硬化而后则发生软化直至断裂,而在低的总应变幅下则表现为循环稳定。由于压缩应变保持和拉－压应变保持的介入,合金的疲劳寿命将显著降低,但拉伸应变保持对疲劳寿命的影响则取决于总应变幅。拉伸保持或压缩保持时将分别产生平均压应力或拉应力。扫描电镜断口观察结果表明,裂纹萌生和第Ⅰ阶段的扩展均为穿晶形式,而第Ⅱ阶段的裂纹扩展则主要为沿晶形式。此外,利用线性累积损伤法则对蠕变－疲劳寿命进行了预测。     

金属间化合物TiAl(W,Si)合金的蠕变行为和机制

 研究了 Ti-47Al-2 W-0.5 Si合金在 650～ 750℃区间的蠕变行为和变形机制。结果表明,合金 650℃蠕变寿命与施加应力之间符合线性的双对数关系,可用表达式 lg^t_f=10 lg^R+30来描述。蠕变寿命与最小蠕变速率之间满足 Monkman-Grant关系的修正式。合金的比蠕变强度与抗热腐蚀镍基高温合金 K438G相当。在700℃变载荷下蠕变时具有与恒载荷下蠕变相类似的特征。 800℃长期时效粗化合金组织,降低蠕变寿命。位错滑移和形变孪生是合金蠕变的主要变形机制。     

基于大变形蠕变分析的持久寿命预测方法

提出一种基于真应力真应变弹塑性蠕变本构模型和大变形有限元分析的高温构件持久寿命预测方法.该方法利用以真应力-真应变表示的材料高温拉伸应力-应变曲线建立材料的弹塑性模型,基于蠕变曲线建立蠕变本构模型,并采用大变形有限元方法计算高温构件在给定载荷下的变形响应曲线,根据其响应曲线的变化趋势来确定构件持久寿命.通过TC11钛合金缺口试件500℃下的持久试验对上述方法进行验证,并与三种基于小变形分析的持久寿命预测方法进行对比.结果表明:本工作提出的方法可以较准确地预测TC11缺口试件的高温蠕变响应和持久寿命,其预测精度优于基于关键点断裂应变、缺口净截面平均有效应力以及骨点应力的小变形有限元分析的寿命预测方法.     

DD3单晶高温合金拉伸蠕变各向异性

研究了镍基单晶高温合金ＤＤ３（００１）,（０１１）,（１１１）取向光滑圆拉伸试样在７６０℃,８５０℃,９５０℃典型应力条件下的拉伸蠕变特征。试验发现,在较高蠕变应力水平时,ＤＤ３ 单晶合金具有明显且复杂的拉伸蠕变各向异性,且蠕变变形率及其对应力增加的敏感性的强弱顺序会随温度变化而发生变化。这归因于该合金的成分特征、蠕变应力、晶体取向决定的蠕变主滑移系类型（八面体、立方及二者混合）及位错移动动力学特点的不同     

直接时效处理对热连轧GH4169合金蠕变行为的影响

通过对热连轧GH4169合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了直接时效对热连轧合金蠕变行为的影响。结果表明:直接时效可明显提高热连轧GH4169合金的蠕变抗力,在660℃/700MPa条件下,使合金的蠕变寿命由60h提高到126h,在试验的温度和应力范围内,测定出该合金在蠕变期间的激活能和应力指数分别为Qa=559.2kJ/mol和n=17.6。合金在热连轧期间的变形特征是孪晶和位错在孪晶内的双取向滑移,且有较小的晶粒尺寸;经直接时效后,合金中弥散析出的细小γ″相是有效提高合金蠕变寿命的主要原因。在蠕变期间,合金的变形特征是孪晶及位错在基体中滑移;蠕变后期,在与应力轴垂直的晶界处首先出现微裂纹,随蠕变进行,微裂纹沿晶界扩展并发生沿晶断裂。     

DD6单晶高温合金760℃和1070℃拉伸行为与变形机制

采用拉伸测试、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了第二代单晶高温合金DD6在760℃和1070℃拉伸行为与变形机制。结果表明:DD6单晶高温合金760℃拉伸变形时,大量位错和层错切割γ'相,出现热激活硬化,拉伸应力-应变曲线表现双重阶段,断口为类解理断裂特征;1070℃拉伸变形时,位错主要以绕过γ'相方式在γ相通道运动,拉伸应力-应变曲线表现曲线特征,断口为韧窝断裂特征。     

基于筏化的镍基单晶合金高温蠕变模型

采用应力法以及界面能法对不同取向的镍基单晶合金在950℃下的筏化类型进行了预测.上述两种方法的筏化预测结果一致,[001]取向为N型筏化,[011]取向为P型筏化,[111]取向不筏化.进一步,根据筏化预测结果以及晶体滑移理论,结合Kachanov-Robotnov（K-R）损伤演化公式,建立了一个镍基单晶合金蠕变模型,采用该模型并结合商用有限元软件Abaqus的用户材料子程序（UMAT）二次开发接口,对[001],[011]和[111]取向下的CMSX-4镍基单晶合金,在950℃,180~450MPa应力条件下的蠕变变形行为进行了模拟.该模型能够准确预测镍基单晶合金的筏化类型以及滑移系开动规律,更加符合材料的蠕变变形物理机制,因此模型可以对镍基单晶合金的高温蠕变曲线的第2,3阶段进行很好的模拟,并得到了试验的验证.      

镍基单晶合金蠕变研究:基于晶体塑性的蠕变建模

在镍基单晶合金高温蠕变建模工作的第二部分,通过提出的蠕变材料模型,在晶体塑性理论的变形梯度与滑移系剪切应变率关系的基础上,结合不同温度下不同滑移系上的蠕变机理,最终建立起滑移系上行为与材料结构变形的联系.材料本构方程的积分采用了四阶Runge-Kutta法,并通过对DD3和CMSX-4两种材料在不同温度,晶体取向和应力水平下的试验曲线进行计算模拟,说明了模型及算法的可行性及对较宽的温度、应力和晶体取向下蠕变行为模拟的能力.      

NiAl-30．9Cr-3Mo-0．1Dy合金的微观结构与高温氧化行为

研究了NiAl 30 9Cr 3Mo 0 1Dy合金的微观组织以及在 1300~1500K空气中的恒温氧化行为。实验结果表明,加入微量Dy使合金组织细化,表现为单位体积中共晶团数目增多,Cr(Mo)层片间距减小和Cr(Mo)层片细化。增韧相(Cr(Mo) )与基体相NiAl的互相析出,有利于层状的氧化膜形成,进而提高合金的抗高温氧化性能。合金在 1500K氧化动力学曲线基本上遵循抛物线关系;而氧化温度在 1350~1450K之间,氧化动力学曲线很好地符合立方抛物线关系;当温度为 1300K时,氧化动力学曲线则符合五次方关系。立方抛物线氧化速率常数低于未合金化NiAl的抛物线氧化速率常数,并随着温度降低和氧化时间的延长而逐渐变小,合金的氧化表观激活能为 205kJ/mol。     

微量元素P对NiAl-34Cr合金显微组织和力学性能的影响

采用真空非自耗电弧炉熔炼了四种P含量(0.005%,0.02%,0.05%,0.15%(质量分数))的NiAl-34Cr-xP合金.铸态合金的组织均含有NiAl相和Cr相,为典型的胞状树枝晶组织,且随着P含量的增加胞状树枝晶的平均尺寸逐渐减小.在P含量为0.05%和0.15%的合金中还存在Cr3P相.均匀化热处理后合金...     

Compression Creep Behavior of High Volume Fraction of SiC Particles Reinforced AI Composite Fabricated by Pressureless Infiltration

The compression creep deformation of the high volume fraction of SiC particles reinforced AI-Mg-Si composite fabricated by pressure-less infiltration was investigated. The experimental results show that the creep stress exponents are very high at temperatures of 673 K, 723 K and 773 K, and if taking the threshold stress into account, the true stress exponent of minimum creep strain rate is still approximately 5, although the volume fraction of reinforcements is very high. The creep strain rate in the high volume fraction reinforced aluminum alloy matrix composites is controlled by matrix lattice diffusion. It is found that the creep-strengthening effect of high volume fraction of silicon carbide particles is significant, although the particles do not form effective obstacles to dislocation motion.     

热等静压处理对定向凝固NiAl/Cr(Mo,Hf)合金沉淀相和高温拉伸性能的影响

 研究了经热等静压处理后定向凝固 Ni Al/Cr(Mo,Hf)合金中的沉淀相和高温拉伸性能的变化。通过透射电镜和扫描电镜观察发现 :热等静压处理后,Ni Al和 Cr(Mo)相的形貌变化不大,聚集在 Ni Al/Cr(Mo)相界上的 Heusler减少并在 Ni Al,Cr(Mo)相中重新分布。从界面能的角度解释了 Heusler相主要沉淀在Ni Al/Cr(Mo)相界上的原因。热等静压处理后合金中不存在 G相。高温瞬时拉伸实验表明此合金具有优异的高温拉伸强度。     

TiAl金属间化合物缺口断裂性能

 TiAl合金作为准脆性材料,在其服役过程中由于缺口的存在使得断裂对缺口非常敏感,严重降低了其使用性能,因此需要研究TiAl合金在缺口作用下的断裂性能。采用带缺口的组合拉伸试样研究了温度和拉伸速率对具有近全片层组织Ti-48Al-2Cr-2Nb合金缺口断裂性能的影响。结果表明,室温下TiAl合金对缺口非常敏感,随着温度的升高,TiAl合金对缺口敏感性降低,当温度为800 ℃时,TiAl合金对缺口不敏感。TiAl合金在低温区塑性变形是通过位错滑移和变形孪晶引起的,高温下是由扩散控制的位错攀移作用引起的。研究还表明,200 ℃下拉伸速率较低时TiAl合金对缺口不敏感,当拉伸速率增加到较高时,TiAl合金对缺口很敏感。     

两种不同成分NiAl涂层性能的对比研究

采用双丝电弧喷涂在6061-T6铝合金基底上制备NiAl-95/05和NiAl-80/20涂层,利用标准测试方法测量涂层的机械性能,并提出了NiAl涂层摩擦磨损机理的新理论。结果表明：NiAl-80/20涂层具有较高的结合强度和显微硬度。随磨损进行,NiAl-80/20涂层的静摩擦系数随磨损的继续一直单调下降,直至最后进入稳态阶段;NiAl-95/05涂层的静摩擦系数先缓慢下降,200个循环之后由于磨损形貌的进一步恶化,静摩擦系数呈缓慢上升的趋势。NiAl-95/05涂层的磨损机制主要为磨粒磨损,并且在磨损过程中伴随有犁削效应;NiAl-80/20涂层主要为粘着磨损机制,并且具有更好的耐磨性。     

Hf对Nb15W5Si2B合金室温和高温力学性能的影响

 为了寻求Nb-Si基合金高温强度和室温塑性之间的平衡,设计了以Nb基固溶体相Nb-SS占主导的Nb15W5Si2BxHf(x= 0,5,10,15,原子百分数）合金,研究了Hf元素对Nb15W5Si2B合金的组织、室温和高温压缩性能以及高温蠕变性能的影响。结果表明,Nb15W5Si2B合金由Nb-SS和Nb5Si3两相组成,Nb5Si3相呈网状分布;Hf的加入不改变相组成,但Nb5Si3相由网状分布逐步变成不连续小岛状分布,而且体积分数减少。Hf同时提高Nb15W5Si2B合金的高温静强度和室温塑性,但对Nb15W5Si2B高温压缩蠕变性能不利。最后讨论了Hf对Nb15W5Si2B合金强化与塑性化机理。     

Effects of B on the Microstructure and Oxidation Resistance of Nb-Ti-Si-based Ultrahigh-temperature Alloy

Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys concocted with boron ranging from 0 to 2 at% are prepared by arc-melting technology. The effects of adding boron on their as-melted microstructure and oxidation resistance are analyzed. The (Nb,Ti)ss, β-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ exist in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf alloy, while (Nb,Ti)ss, α-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ are present in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-1B and Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-2B alloys. The oxidation of Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys is dominated by the diffusion of oxygen through (Nb,Ti)ss. Compared to boron-free alloys, the boron-containing alloys have significantly lower oxidation rate when oxidized at 1 200 °C for less than 50 h, but, for more than 50 h, their oxidation resistance deteriorates.     

基于细观位错机理的单晶合金高温力学性能模拟

利用基于细观位错运动的蠕变筏化模型对镍基单晶合金CMSX-4在1223K下的拉伸、蠕变、循环、蠕变疲劳交互及各向异性进行模拟,结果表明:拉伸过程中应变率较高时应力略微下降的现象;蠕变条件下应力越大则蠕变第1阶段越明显,而蠕变稳定阶段越短的趋势;蠕变疲劳交互作用下的应力松弛和应变增大;以及单晶3个典型晶体取向的循环应变硬化特征。通过与试验结果对比,验证了此模型在较高温度下对单晶合金性能的综合模拟能力。     

Compression Creep Behavior of High Volume Fraction of SiC Particles Reinforced Al Composite Fabricated by Pressureless Infiltration

The compression creep deformation of the high volume fraction of SiC particles reinforced Al-Mg-Si composite fabricated by pressure-less infiltration was investigated. The experimental results show that the creep stress exponents are very high at temperatures of 673 K, 723 K and 773 K, and if taking the threshold stress into account, the true stress exponent of minimum creep strain rate is still approximately 5, although the volume fraction of reinforcements is very high. The creep strain rate in the high volume fraction rein- forced aluminum alloy matrix composites is controlled by matrix lattice diffusion. It is found that the creep-strengthening effect of high volume fraction of silicon carbide particles is significant, although the particles do not form effective obstacles to dislocation motion.