DD6镍基单晶合金气膜孔薄壁平板高温蠕变性能

采用气膜孔薄壁平板试样模拟冷却叶片,并与无气膜孔薄壁平板试样蠕变试验结果进行对比,研究了气膜孔对镍基单晶合金冷却叶片模拟试样高温持久断裂寿命的影响.试验结果表明:在950℃和377MPa条件下,无气膜孔薄壁平板试样的高温持久断裂寿命大约是气膜孔薄壁平板试样的2倍,扫描电镜(SEM)断口分析可以看出蠕变损伤首先发源于气膜孔周围并在气膜孔边缘开始起裂.基于晶体塑性理论建立单晶材料蠕变数值计算模型,将其编入Abaqus用户子程序中,对气膜孔和无气膜孔两种薄壁平板试样进行模拟分析.模拟结果显示在气膜孔周边存在应力集中和应力重分布,数值模拟分析结果与试样的断口表面形貌吻合.为便于工程应用,将高温持久断裂寿命与十二面体滑移系最大分切应力幅表达成指数关系,蠕变试验结果表明此式在该应力、温度条件下具有良好的精度.     

表面再结晶对单晶高温合金SRR99中温持久性能及断裂行为的影响

利用喷丸预变形,研究了表面再结晶对SRR99单晶高温合金中温持久性能及断裂行为的影响.结果表明,表面再结晶对单晶合金中温持久寿命影响很大,760℃ /785 MPa条件下,厚度约为103μm的再结晶层(约占试样横截面面积8％)使合金中温持久寿命下降了约90％.再结晶层几乎没有承载能力,基体承受的实际应力增大,是导致合金持久性能下降的主要原因.此外,再结晶层与基体界面处的缺口效应也会使合金的持久寿命进一步降低.760℃/785MPa条件下,未再结晶试样的微观断裂方式为微孔聚集型断裂与滑移剪切断裂共存的混合型断裂,而再结晶试样则以纯滑移剪切的方式断裂.     

GH4169合金自然萌生小裂纹扩展行为的试验研究

为了研究镍基GH4169高温合金自然萌生小裂纹的扩展行为,采用单边缺口拉伸(SENT)试样进行了室温下应力比R=0.1,0.5的小裂纹扩展试验。在长裂纹近门槛值区域,观察到明显的小裂纹效应,疲劳小裂纹扩展寿命占全寿命的大部分。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对试样断口表面进行微观分析,结果表明,疲劳小裂纹起始于合金中的夹杂(Ti(C,N)或Nb(C,N)),并且倾向于以半圆形向试样内部扩展。试样的断裂模式存在由晶体学小平面断裂向疲劳条带断裂的转变,该断裂模式转变处对应小裂纹扩展速率曲线上裂纹加速扩展前的急速降低点。     

冷坩埚定向凝固TiAl基合金高温持久性能研究

采用电磁冷坩埚定向凝固技术制备了成分为Ti-47A1-2Cr-2Nb的合金铸锭,定向凝固后的显微组织为α2+γ全片层结构.在0.4～1.2mm/min的抽拉速率范围内,随着抽拉速率的增加,片层间距减小,柱状晶与生长方向的夹角增大.随着温度升高,合金的拉伸强度有所下降,但由于细化片层界面对切变应力变形的阻碍作用,合金的高温拉伸强度会随着抽拉速率的增加而提高.通过对抽拉速率为1.0mm/min试样的拉伸强度与温度的拟合,得到了拉伸强度和温度之间的函数关系.随着抽拉速率的增加,Ti-47A1-2Cr-2Nb合金的持久寿命明显升高,对于抽拉速率为1.2mm/min试样的持久性能测试表明,其持久寿命最长,达到了48h.持久试样的断口形貌表明,其断裂的主要方式是伴随着少量延性断裂的脆性解理断裂.最后根据时间-温度模型,分别采用Larson-Miller和Manson-Haferd参数法建立了定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的持久强度预测函数模型,预测的理论值与试验结果吻合度较高.     

镍基单晶合金CMSX-2持久拉伸断裂时相密度及γ′相含量分布测算

测算了CMSX-2合金持久拉伸断裂时枝晶典型区域的两相密度及γ′相含量.结果表明,枝晶区域两相密度按枝晶干-枝晶臂-枝晶间的顺序依次递减,γ′相含量依次递增;随持久试验温度的升高(伴外应力下降),枝晶区域中γ和γ′相密度连续下降;与中温-高应力持久试验相比,高温-低应力持久试验所得γ′相含量分布的梯度较大.γ′相总量在枝晶区域的分配量表明,枝晶干中γ′相实际含量最低者的持久寿命最短,反之持久寿命最长.     

磷阻碍氧沿晶侵入改善GH761合金持久性能的作用

在GH761合金中添加0.023%的磷,使合金在650℃,637 MPa条件下的持久寿命明显延长。采用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析等手段,分析了磷阻碍氧沿晶侵入改善持久性能的机理,结果是:持久试样的沿晶开裂是由氧化引起的,晶界氧化物中磷含量极低;磷在晶界上偏聚,可以阻碍环境氧的沿晶扩散,抑制表面裂纹的萌生和扩展,从而提高了合金的持久寿命。     

激光加工气膜孔对定向凝固高温合金薄壁持久性能的影响

采用定向凝固无余量精铸工艺制造的接近于空心涡轮叶片形状和壁厚的管状薄壁（δ＝１．２ｍｍ）试样，研究了激光加工孔对定向凝固高温合金薄壁持久性能的影响。结果表明，在９００℃／３７０ＭＰａ下，与没有孔的薄壁试样相比，有一排孔的试样持久性能没有明显降低，有两排孔的试样持久寿命略有下降。显微分析表明，激光加工孔对组织没有明显的影响，只是稍微减小了承载面积，而且只有在出现两排激光孔时才有所表现。     

IC10合金涡轮叶片叶身不同部位取样的力学性能试验

为评估服役前IC10合金涡轮叶片不同部位的真实材料力学性能，与《航空发动机设计用材料数据手册》中采用标准试 棒获得的性能数据进行对比。在选取的新叶片的叶身尾缘、叶背和叶盆处沿叶高方向完成小尺寸的工字形试验件取样，通过优化 设计的工装在保证加载同轴度和安装一致性的基础上进行单轴加载试验，即900℃拉伸试验以及900℃、342/374 MPa的持久寿命 试验。试验结果表明：试样均在平行段断裂，符合试验设计要求；相比于手册中标准试棒的测试数据，试样的抗拉强度下降约 20%，持久寿命缩短达76%～85%；不同叶身部位的原始组织形貌相似，试样性能差别不大；应力提高会导致取样的持久寿命明显 降低，其中盆侧取样的降低幅度最大，约64%。相比于标准试棒，叶身的本体取样兼具了铸造叶片的晶体取向和薄壁特征，在一定 程度上可以真实反映叶片的力学性能，为客观评价IC10合金涡轮叶片材料力学性能奠定了基础。     

硼含量及横向取样对定向凝固Ni_3Al合金持久性能的影响

硼的添加增强了晶界的结合力 ,使合金相界面的位错组态改变 ,提高了持久断裂寿命 ;硼的添加细化晶粒 ,增加界面数 ,使持久寿命下降。Ni3Al定向凝固横向试样持久性能不稳定与取样位置有关     

MCrAlX包覆涂层对Ni3Al基合金IC6力学性能的影响

采用真空电弧镀的方法在Ni3Al基合金IC6上涂覆了NiCrAlY,NiCoCrAlY和NiCoCrAl-YHf三种MCrAlX包覆涂层,测试了室温拉伸和1100℃-90MPa高温持久性能.结果表明,这三种涂层对室温拉伸性能均无明显影响,NiCoCrAlY 和NiCoCrAlYHf涂层对高温持久性能也无太大影响,但NiCrAlY涂层却使IC6基体合金的持久寿命大幅度降低.利用扫描电镜和电子探针分析了NiCrAlY涂层在涂覆态和应力持久拉伸断裂状态的显微组织和成分变化,在应力持久拉伸断裂试样中发现了规则块状的AlN,本文认为硬脆AlN在涂层表层中局部的析出可能是导致NiCrAlY涂层基体合金持久寿命明显下降的主要原因.     

湿热环境下表面处理对GFRP加固铝板结构耐久性的影响

用3种不同工艺分别处理铝合金表面,通过湿热环境下玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymers,GFRP)和GFRP加固损伤铝板的拉伸实验,测定不同方法处理的GFRP-铝板在湿热环境下粘接强度,研究湿热环境、表面处理工艺等因素对修复效果影响。结果表明:界面粘接强度顺序为阳极氧化硅烷偶联剂喷砂;湿热处理后,GFRP片材的抗拉强度、弹性模量和断裂伸长率均下降;不同表面处理修复试样初始载荷提高顺序为阳极氧化硅烷偶联剂喷砂;湿热环境下,不同表面处理修复试样承载能力出现不同幅度下降,喷砂试样承载能力下降主要是树脂-铝板界面粘接强度下降引起的,破坏主要发生在树脂-铝板界面,偶联剂和阳极氧化处理试样破坏主要发生树脂-GFRP界面,树脂-铝板界面力学性能优于树脂-GFRP界面力学性能。     

新型高温渗碳不锈航空齿轮钢齿轮的弯曲疲劳失效机理

以新型高温渗碳不锈航空齿轮钢圆柱齿轮为研究对象,采用国标GB/T 14230-1993规定的"B试验法"开展了齿轮弯曲疲劳试验,并对轮齿的断裂的失效机理进行了研究.分析结果发现存在三种造成轮齿断裂失效的诱因:表面碳化物、表面缺陷和内部碳化物.其中,表面碳化物对轮齿弯曲疲劳寿命的影响比内部碳化物和表面加工缺陷都要严重.当...     

非对称载荷下TC17合金超高周疲劳试验

通过试验研究了110Hz和20kHz两种频率正弦式非对称载荷作用下TC17合金材料的疲劳失效行为,结果表明:载荷频率对TC17合金的疲劳强度和疲劳失效机理影响不明显,两种频率载荷作用下TC17合金的疲劳失效均存在表面诱发疲劳失效和内部诱发疲劳失效。表面诱发的疲劳失效主要是由循环载荷作用下试样机械加工缺陷和表面滑移所导致的,内部诱发的疲劳失效主要是由于材料初生α相在非对称循环载荷作用下发生解理断裂而导致的,失效形式的不同使得材料的应力-疲劳寿命（S-N）曲线呈双线性。萌生于TC17合金试样内部的疲劳裂纹可分为3个阶段:初生α相的解理断裂阶段、短裂纹扩展阶段和长裂纹扩展阶段。由裂纹萌生区特征可以确定室温条件下,应力比为0.1时,TC17合金疲劳长裂纹扩展门槛值为3.3MPa·m1/2。      

GH4169合金缺口敏感性的研究

研究了ＧＨ４１６９合金持久组合试样的持久性能,持久试样断裂位置及金相组织。     

TC4 钛合金扩散焊接头剪切疲劳性能研究

为了研究钛合金扩散焊接头在航空航天领域焊接性能的稳定性，制备了双搭接形式的接头试样，在温度为 910 ℃、压力为 3.4 MPa 条件下对 TC4 钛合金板材进行扩散连接，并对双搭接接头试样开展静强度试验，获得试样在焊缝界面处的平均剪切强度约为 199.4 MPa，试样断裂前后接头没有发生明显的塑性变形。此外，对双搭接接头试样还开展了不同载荷水平下的疲劳性能试验。结果表明：疲劳试样存在3种不同破坏模式。在高载荷水平下，试样会在切应力主导下发生基板与搭接板的完全脱焊；在低载荷水平下，试样会在正应力主导下发生基板沿厚度方向的断裂；在中等载荷水平下，试样先发生局部脱焊随后沿基板厚度方向断裂。 在上述失效模式分析的基础上，结合疲劳寿命试验数据分别得到接头的正应力 - 寿命和切应力 - 寿命曲线。     

镍基高温合金GH4169小裂纹早期扩展的原位疲劳试验

通过原位扫描电子显微镜(SEM)疲劳试验,研究了直接时效GH4169高温合金在室温下的疲劳小裂纹萌生和早期扩展过程.结果表明:在应力比R=0.1的拉-拉疲劳载荷作用下,疲劳小裂纹的萌生寿命仅为全寿命的20%左右.疲劳小裂纹起源于表面夹杂,以半椭圆表面裂纹形状扩展,扩展后期穿透试样一侧形成角裂纹,角裂纹迅速扩展导致试样断裂.疲劳小裂纹的早期扩展易受局部微观结构的影响,扩展速率分散性较大.      

前处理工艺对航空铝锂合金硫酸阳极氧化膜层性能影响

针对一种新研制的航空用Al-Li-Cu-Zn-Mg系铝锂合金,采用了光学显微镜、电子显微镜和能谱分析技术,分析碱腐蚀和三酸脱氧两种不同前处理工艺对铝锂合金硫酸阳极氧化膜层的外观、耐蚀性和疲劳性能的影响规律。结果表明:相比三酸脱氧工艺,碱腐蚀工艺对铝锂合金表面的腐蚀程度较深,晶界处的耐腐蚀能力较差,硫酸阳极氧化膜层表面形成了网状晶界形貌;采用碱腐蚀处理的试样疲劳寿命较三酸脱氧处理试样更低,而不同前处理后经过硫酸阳极氧化的试样疲劳寿命相差不大。不同前处理对铝锂合金的硫酸阳极氧化膜层的耐蚀性的影响不大。     

GH4169合金晶粒尺寸与持久性能的关联性

以GH4169合金大规格棒材为研究对象,结合棒材的加工过程,利用OM、FE-SEM、EBSD和TEM等手段分析了该合金不同晶粒尺寸试样的持久性能。结果表明:在长时高温应力作用下,不同晶粒尺寸试样呈现不同的持久性能和不同的晶粒取向演变规律。发生变形至断裂的位置,晶粒尺寸较小时,部分〈101〉取向明显转向〈001〉或〈111〉取向,加上宏观变形协调性较好,促使应力集中得到有效释放,表现出较好的塑性;但细晶试样中更多晶界带来的扩散蠕变对高温强度不利,裂纹也容易在与〈111〉硬取向晶粒接邻的晶界处形核并扩展,降低持久寿命;此外,细晶试样的变形程度较大,应变主要集中于晶界处,且大角度取向差的含量较多,这些位置容易萌生裂纹而使寿命降低。     

等离子体微弧氧化表面处理LY12铝合金的高温拉伸性能

采用等离子体微弧氧化技术对LY12铝合金表面进行氧化处理,对处理前后材料的高温拉伸性能进行了研究,用SEN观察试样拉伸断口及陶瓷涂层形貌。结果表明:在高温条件下,LY12铝合金表面陶瓷化后拉伸强度有一定提高,且随温度的升高,拉伸强度提高的比率增大,说明在高温条件下陶瓷涂层对铝基体起到了一定的隔热作用;表面陶瓷化对LY12铝合金的延伸率影响不大。试样为典型的韧性断裂,且断裂后陶瓷膜层没有出现大面积脱落,表明陶瓷涂层与铝基体结合良好。     

冲击载荷下50CrVA弹簧钢的多轴疲劳行为研究

本文用MTS 809拉-扭电液伺服材料试验机研究了50CrVA弹簧钢标准试样在冲击载荷下的多轴疲劳寿命,对试样的断口进行了宏微观观察。研究结果表明:冲击载荷会明显降低试样的寿命;试样的寿命随轴向拉力的增大而减小;宏观损伤方面,试样整个断口可见稳定扩展区、快速扩展区和瞬断区;稳定扩展区面积较小,快速扩展区磨损严重;与源区对侧存在一台阶,台阶与源区正对的位置存在一偏转角;台阶附近区域未出现明显的磨损,为瞬断区;微观损伤方面,裂纹源萌生于试样表面,稳定扩展区疲劳条带不明显,快速扩展区以剪切拉长韧窝和磨损形貌为主。