3D-C/SiC复合材料拉-拉疲劳模量和电阻的变化

在室温最大应力为250MPa，应力比R＝0．1和频率为60Hz条件下，对3D－C／SiC复合材料进行了拉－拉疲劳试验。用共振法和电阻增量仪分别测试了杨氏模量及电阻的变化。结果表明：随循环次数增加，杨氏模量呈显著下降，缓慢下降和突然下降的变化规律。杨氏模量的下降大部分发生在疲劳循环的前600次。缓慢降低阶段约占疲劳寿命的94％以上，此阶段杨氏模量变化率与循环次数的对数近似呈线性关系，电阻变化率除首次循环降低外，随着循环次数增加一直在增加。增加规律大致可分为缓慢增加，台阶式增加和急剧增加三个阶段。材料的电阻变化率基本反映了纤维的损伤程度和破坏形式，可作为表征复合材料纤维损伤的有效参量。     

冷轧变形对Inconel 718合金δ相γ″相析出行为的影响

采用Ｘ射线衍射技术测定了冷轧Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８合金在８６０℃加热温度下的δ相和γ″相含量，研究了冷轧变形对δ相和γ″相析出行为的影响。结果表明，冷轧变形影响δ相的析出形貌，随冷轧变形量增加，δ相由针状向颗粒状转变。δ相析出的重量百分数与时间的关系符合Ａｖｒａｍｉ方程，随冷轧变形量增加，ｎ值减小，α值增加。在８６０℃加热温度下，等温１５ｍｉｎ时已有γ″相析出，随时间增加，γ″相含量增加，达到最大值后又降低。在试验中给定的时间条件下，随冷轧变形量增加，γ″相含量降低，而δ相含量增加。     

TC17钛合金高温超高周疲劳实验

自主研发了高温超声疲劳(20kHz)实验系统,并完成了TC17钛合金在室温、200℃和350℃条件下的疲劳性能实验研究.结果表明:TC17钛合金的动态弹性模量随温度升高呈线性减小.S-N曲线在室温下呈直线下降趋势,但在200℃和350℃条件下,S-N曲线在疲劳寿命为107周次处出现明显的拐点.断口分析表明疲劳裂纹萌生于试件表面或次表面,没有发现裂纹萌生于内部的情形,TC17钛合金的裂纹萌生可不依赖于试件内部的夹杂物或缺陷.高温不仅促进了裂纹的萌生还促进了裂纹的扩展.     

EB-PVD制备γ-TiAl基合金薄板的研究

采用一种新型的制备工艺--电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm×0.4mm的γ-TiAl基合金薄板,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等测试手段对蒸镀态及热处理态试样的物相组成和断口形貌等进行分析.结果表明,蒸镀态γ-TiAl基合金薄板由γ相、α2相和τ相组成,表面质量良好,内部自然分层,显微组织结构为柱状晶.经1000℃/16h的真空退火处理后,柱状晶转变为等轴晶,τ相消失,α2相含量显著减少,同时有消除分层现象的趋势,材料的断裂方式由沿晶脆性断裂转变为沿晶脆性断裂和韧窝韧性断裂的混合断裂方式.     

损伤力学方法在材料低周疲劳试验中的应用研究

考察了低周疲劳过程中的弹性模量和应力随循环次数的变化.研究表明:可以用弹性模量和应力的变化来反映材料的低周疲劳损伤过程.对没有明显循环稳定阶段并表现为循环软化响应行为的材料, 不适合用应力的变化来定量的反映材料低周疲劳的损伤过程.用弹性模量随循环次数的演化关系得到了不同应变水平下材料的疲劳裂纹萌生寿命, 并用三参数幂函数方程对应变与疲劳裂纹萌生寿命进行了拟合处理, 得到了应变与疲劳裂纹萌生寿命方程.      

Hf和Re含量对Co-Ti-V高温合金γ/γ′两相晶格错配度的影响

通过对不同含量Hf和Re的Co-Ti-V高温合金进行组织形貌观察和X射线衍射分析,研究不同含量Hf和Re合金中γ′相形貌与γ/γ′两相晶格错配度的关系。采用EDS分析合金中各元素的分配行为与γ/γ′两相晶格错配度的关系。通过对不同成分的合金进行1000℃高温压缩实验,研究Hf和Re含量对合金高温压缩性能的影响。结果表明:随着Hf含量的增加,γ′相的形貌由立方形转变为球形,γ/γ′两相的晶格错配度减小;随着Re含量的增加,γ′相的形貌由立方形变为长条状,且γ′相变得粗大,γ/γ′两相的晶格错配度减小;通过EDS分析,Co、Hf和Re元素在γ相中富集,而Ti和V元素在γ′相中富集;随着Re含量增加,合金的屈服强度和抗拉强度均增加;随着Hf含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度先减小后增大。     

HTPB推进剂的低温疲劳特性

为探究端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在低温下的疲劳特性，结合空空导弹在使用中的实际情况设计了包含不同应变幅值和加载频率的高周疲劳实验.实验在动态热机械分析仪上进行，温度保持为-50℃，加载频率设定为50,100,150Hz.为了考察低温下HTPB推进剂微小预变形对疲劳特性的影响，在动力循环加载前进行了准静态加载.疲劳实验后对试件实施单轴恒速拉伸，以获取疲劳后推进剂的力学参数.结果表明:在其他条件不变的情况下，疲劳应变幅值和加载频率越大，材料力学性能劣化程度越大，所累积的疲劳损伤量越大.初始阶段的准静态加载对推进剂疲劳特性起消极影响，低温高频下推进剂的疲劳损伤演化呈现出非线性，随着疲劳次数的增加，疲劳损伤增速由快变缓.      

一级时效对DD3单晶高温合金蠕变性能的作用

根据DD3合金的热分析和相分析结果,设计了以增大.γ'平均尺寸、改善γ'尺寸分布和提高析出相含量为目的的时效和固溶处理制度,进行了提高DD3单晶高温合金蠕变性能的热处理工艺研究.结果表明,增加一级高温时效处理可使γ'相尺寸明显增大;高温时效温度高于1080℃时,γ'相过分长大;1060℃/4h时效处理后,γ'相组织最优;配合在1265℃/4h的固溶处理,γ'相含量得到提高的同时,合金蠕变、拉伸性能优异.组织与性能研究证明,加入一级高温时效处理的新工艺可使DD3合金组织得到明显优化,760～1038℃范围内的蠕变性能获得显著提高.根据该结果,新的热处理工艺确定为:1265℃/4h,AC+1060℃/4h,Ac+870℃/32h.     

Ni基合金与γ-TiAl基合金的固态连接规律研究

通过对Ni基合金进行激光熔覆γ-TiAl基合金涂层处理,对γ-TiAl基合金进行激光表面熔凝处理,提出了一种采用激光表面改性技术和超塑扩散连接相结合的Ni基合金/γ-TiAl基合金连接新技术。研究了合金激光改性层的显微组织特征,探讨了Ni基合金/γ-TiAl基合金固态扩散连接的规律。结果表明:激光表面改性技术提高了Ni基合金/γ-TiAl基合金的连接质量,合金通过激光表面改性处理后,采用连接温度850℃、连接压力60MPa、连接时间1h的连接条件及900℃保温0.5h连接后续热处理,实现了Ni基合金/γ-TiAl基合金的连接。     

单晶γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展机制的原子模拟

为了研究TiAl合金的疲劳性能、裂纹扩展与组织形态的关系,采用分子动力学方法和速度加载的方式,对含内嵌边界裂纹的单晶γ-TiAl合金在交变载荷循环加载下,微裂纹扩展及微观形变机制进行研究。结果表明:单晶γ-TiAl合金在交变载荷的循环加载下裂纹扩展过程及微观形变机制分为三个阶段,其力学性能受加载过程中出现的裂纹尖端晶格畸变,棱柱位错滑移,Lomer-cottrell位错群形成,堆垛层错开动,形变孪晶等各种微观缺陷及其相互作用结果影响,不同阶段的裂纹扩展机理及塑性形变机制完全不同。     

热声载荷下薄壁结构振动响应试验验证与疲劳分析

由于热声环境下金属薄壁结构表现出复杂的大挠度强非线性振动响应特性,影响结构的疲劳性能与寿命，结合有限元法与降阶模态法对四边固支高温合金矩形薄壁结构的热声响应进行计算。结果研究发现:屈曲后结构出现跳变运动且应力循环呈三角状分布,热声载荷的相对强弱决定了跳变形式。采用改进雨流计数法、Morrow平均应力模型、Miner线性损伤累积理论计算热声疲劳寿命,屈曲前到临界屈曲时应力循环损伤量级显著增大,由10-5增大到10-4,寿命随温度增加呈先减小后增加趋势。开展薄壁结构热声试验,并将仿真计算结果与试验结果进行对比,结果表明结构的模态频率偏差不超过1Hz,动态应变响应结果的量值相当,验证了薄壁结构热声响应计算方法与模型的有效性。      

环氧树脂基导电复合材料力电性能研究

实验研究了填充炭黑的环氧树脂基导电复合材料的导电机理,不同炭黑掺量复合材料在一次加载及反复加载卸载下的力电效应。结果表明,炭黑掺量为20%试件的力电效应明显且稳定;各掺量试件卸载后均存在较大残余电阻,经多次加载卸载后,电阻变化率逐渐减小并趋于稳定值;卸载后电阻恢复率不断增加,最终可完全恢复。     

不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究

研究了定向凝固合金DZ125 850℃时不同保载时间作用下的低循环疲劳行为。进行了拉伸保载时间分别为1 s,60 s,120 s和240 s的试验,并进行了循环应力-应变分析、应变响应分析、疲劳寿命分析以及微观断口分析,结果表明,保载时间对低循环疲劳力学行为有明显影响,随着保载时间的增加疲劳寿命逐渐减小,但保载时间超过一定范围之后疲劳寿命趋于稳定,而且随保载时间的增加蠕变损伤逐渐起主导作用。     

Ni-Cr-Al合金Ti+Nb微合金化前后相含量及其分布对高温性能的影响

研究了Ni-Cr-Al合金及其Ti+Nb微合金化+时效处理后,合金中相含量及其分布对900℃拉伸及900℃/29.5MPa持久拉神性能的影响.结果表明,微合金化后,合金中γ′及M23C6相总量增加; 其900℃抗拉强度和900℃/29.5MPa持久寿命相应增加;晶界上MN相含量的增加以及M23C6相含量的减少有利于合金高温抗拉强度和持久寿命的提高.     

用等效平均损伤模型计算剩余寿命方法的研究

分析了复杂载荷下材料的损伤累积过程和疲劳寿命计自身材料疲劳损伤与其不可逆电阻变化响应的联系。疲劳寿命计自身材料疲劳损伤演变、损伤累积过程以电阻变化速率和变化量显示了其全貌。假设其等效平均损伤等一般规律与金属材料的疲劳情况相类似,结合本文给出拟合精度很好的材料应力寿命曲线,得出随机载荷下剩余寿命计算的简便方法,具有较高可信度。初步实验验证很令人满意。     

定向凝固DZ4合金的低周疲劳行为与稳定循环应力

对定向凝固DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳和稳定循环应力应变行为进行了研究,并结合断口观察试验结果,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳属应力疲劳,其损伤以弹性损伤为主,弹性损伤与疲劳寿命具有很好的相关性。加载频率对DZ4合金760℃和800℃下的稳定循环应力均具有一定的影响,尤其是800℃时,各应变下的稳定循环应力均随加载频率的升高而减小。定向凝固DZ4合金高寿命低周疲劳裂纹易于萌生于试样内部或亚表面的柱状晶界,其疲劳裂纹的稳定扩展也较难形成典型的疲劳条带。     

钼合金在高温热机械应力循环下的疲劳性能

对钼合金进行了应力控制高温低周等温疲劳和同相位热机械疲劳试验。对于等温疲劳试验选取的实验温度为３５０℃和５００℃,对于热机械疲劳试验循环温度范围为３５０℃－５００℃。根据采集的材料应力－应变响应和循环破坏周数,可以看出温度的变化对材料疲劳寿命产生很大影响,当温度循环和应力循环叠加时,会加重损伤的程度。对循环回线的分析表明,在每一种疲劳试验过程中均发生材料循环软化和循环蠕变现象。对破坏试件的微观结构分析表明,在高应力循环条件下,钼合金的破坏基本上是脆断过程。     

K488合金平衡相的热力学计算

利用Thermo-Calc热力学计算软件,对K488合金平衡相和合金元素对析出相的影响规律进行了计算和实验两方面的分析。计算和实验结果均表明:合金的平衡相主要有γ、γ'、σ、碳化物,合金凝固过程中Mo,Ti偏析比较严重;随着C和Nb含量的增加,MC的析出量增加而析出温度降低,Ti元素则相反;Al、Ti元素含量的增加,γ'相析出量和析出温度逐渐增加;Cr含量对σ相的析出量和析出温度影响最大;计算和实验结果具有较好的一致性。     

Ti-6Al-4V富氧层生长规律及对疲劳性能的影响

研究了Ti-6Al-4V合金在900℃、930℃和960℃下富氧α层显微组织和显微硬度的变化及对疲劳行为的影响。在热暴露0.5~24h时间内,富氧层中的α相含量远高于基体内部,其晶粒尺寸也发生长大现象。随着热暴露温度的升高和时间的延长,富氧α层的厚度增大,氧的固溶强化作用使其显微硬度明显升高。显微硬度随着深度的增加逐渐下降,在表面200μm以下趋于稳定。热暴露后疲劳试样表面的富氧层造成疲劳裂纹萌生模式发生改变,由单裂纹源刻面萌生模式变为多裂纹源表面萌生,裂纹萌生阶段寿命与总寿命均大幅降低。     

高温不锈钢与钛合金微动疲劳特性的实验研究

用桥式试样研究了接触压力、微动幅度、温度、循环次数、高低周载荷幅值比等参数对微动疲劳寿命影响。结果表明拉应力和法向压力均影响微动疲劳寿命。当拉应力较大时,微动疲劳寿命（FFL）与普通疲劳寿命（PFL）相差不大,法向压力的影响不明显;拉应力较小时,FFL显着低于PFL,且法向影响显着。FFL随法向压力增加而降低,但当超过200MPa后,反而提高。高低周幅值比的增加,FFL大幅度降低。当幅值比为0.125,从室温到450℃,PFL持续降低。而FFL从室温到200℃降低幅度较大,在300℃左右恢复,随后又降低。研究表明FFL的恢复是微动表面形成了防护性釉质层的结果。