航空材料专利信息

航空材料专利信息《抗蠕变钛相化合物合金》──Ｈｏｗｍｅｔ公司。美国专利编号５３５０４６６。钛铝化合物合金，其原子百分数成分为：约４４％～４９％ＡＩ；约０．５％，４．０％Ｎｂ；约０．２５％～３．０％Ｍｎ；０．１％～１．０％ＭＯ；０．１％～１．０％Ｗ；０...     

Ti600合金的性能与显微组织的研究

Ｔｉ６００ 合金是一种新型近α高温钛合金,其名义成分为Ｔｉ－６Ａｌ－２．８Ｓｎ－４Ｚｒ－０．５Ｍｏ－０．４Ｓｉ－０．１Ｙ（ｗ ｔ％ ）。测试了该合金在热暴露前后拉伸性能和蠕变性能,并进行了透射电镜和光学显微镜观察。研究结果表明：合金的机械性能优异,与美国Ｔｉ１１００ 性能水平相当;在常规热处理条件下,合金组织是一种典型的针状组织,该组织具有良好的抗蠕变性能。Ｔｉ６００ 合金热暴露后,合金中存在的α２ 相（Ｔｉ３Ａｌ）和Ｓ２ 相（Ｔｉ５Ｓｉ３）使合金的室温塑性降低。讨论稀土氧化物对合金显微组织及性能的影响,表明稀土的加入对改善合金蠕变性能有较大作用。     

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.     

一种快速凝固铝锂合金的低温光滑和缺口拉伸性能

研究了快速凝固Ａｌ-４．７４Ｃｕ-１．３０Ｌｉ-０．３８Ｍｇ-０．４２Ａｇ-０．２１Ｚｒ合金在室温到液氦温度（７７Ｋ）范围内的光滑和缺口拉伸性能,并用扫描电镜观察了断口形貌,用透射电镜分析了合金组织及变形后的位错组态。结果发现,随着温度降低,合金强度线性升高,形变硬化能力增强,而延伸率的变化则取决于不同的时效态。尽管合金缺口强度随温度降低而减小,但７７Ｋ下该合金在欠时效态其缺口性能仍明显优于传统铝合金。     

钕化物颗粒增强钛基复合材料的组织和性能

研究了原位生成的钕化物颗粒增强Ｔｉ－６Ａｌ－４．５Ｓｎ－３．５Ｚｒ－０．５Ｍｏ－０．７Ｎｂ－０．３５Ｓｉ－０．０６Ｃ（ｗｔ％）复合材料的组织和性能。颗粒呈球形或椭球形，平均颗粒粒度为～７μｍ，间距为～４０μｍ。颗粒在基体上均匀分布，它的微观结构由非常细小、结构复杂的多晶体组成，主要含有钕、锡和氧元素。测试了复合材料的室温拉伸、高温拉伸、高温持久和蠕变等力学性能。经１０６５℃／０．５ｈ／ＦＡＣ＋１０００℃／１ｈ／ＡＣ＋７００℃／４ｈ／ＡＣ热处理后，材料具有较好的力学性能。拉伸和持久断口均属于典型延性断裂。一些颗粒的内部存在裂纹，未发现裂纹由颗粒向基体传播。     

某型飞机断裂谱的低载截除

本文研究了载除载荷谱中低载对全机结构各部位裂纹扩展寿命的影响。指出寿命误差主要取决于开裂结构的材料参数，而应力谱谱型与开裂部位的影响则可忽略不计，。同时，将全机结构各部位寿命误差ε的计算简化为仅对收音机几种材料下的裂纹扩展比ＣＲ，ｔｐ的计算，并且仅按材料选取裂纹扩展寿命对比试验部位，从而极大地缩短了谱低截截除论证的计算和试验周期。ＬＣ４铝合金及３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ合金钢的计算结果与试验结果相当     

脉冲磁场处理降低钢中拘束应力的物理机制研究

在前期研究强脉冲磁场处理与低频脉冲交变磁场处理降低焊接残余应力的基础上，进一步对Ａ３和３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢制作的单向拉伸试样分别进行强脉冲和低频脉冲交变磁场处理。结果表明，单向拉伸试样经过磁场处理后，其内部拉伸应力都有明显下降的趋势，从而进一步证实了磁场处理在焊接试样上所取得的结果。     

ZL109合金的变载荷蠕变行为研究

研究了350℃下ZL109铝合金在外加应力变化条件下的瞬时蠕变行为.当外加应力突然降低后,在瞬时蠕变过程中发生了弹性应变和滞弹性应变,整个降载过程中的应变变化值与应力变化值成线性关系.快速滞弹性应变后,在低的松弛应力下的蠕变应变继续增加,这不同于短纤维增强复合材料稳态蠕变过程中降载后在低应力下的蠕变行为.在不同的载荷变化过程中,应力变化越大,ZL109铝合金越容易断裂.     

7B04铝合金蠕变过程中析出相的影响因素

进行了7B04-T7451铝合金在不同蠕变温度、不同应力水平下的多组蠕变实验,根据蠕变率的变化,得到了合理的蠕变温度为150℃;在此温度下进行了不同应力水平和时效时间下的多组蠕变实验,分析了加工条件对微观组织和力学性能的影响.结果表明,高的应力水平能加速合金强化相的析出和转变,同时增大位错的流动能力,因此,随着蠕变时间的增加,材料的屈服强度呈先上升后加速下降的趋势.     

TiAl合金PST晶体中Ti3Al片层取向对其蠕变性能的影响

 对２种硬取向（＝９０°和０°,为外力轴与片层界面的夹角）的ＴｉＡｌ合金ＰＳＴ晶体试样的高温压缩性能及蠕变性能进行了测试,并对其蠕变组织进行了观察。结果表明：２种取向试样的屈服强度及蠕变性能存在明显的差异;在Ｔ＝８００℃,σ＝３５０ＭＰａ蠕变条件下,＝９０°试样过早出现蠕变失稳阶段,这与该取向试样片层组织中α２相在蠕变过程中发生球化及剪切带的形成有关。     

基于归一化参数模型的涡轮盘和涡轮叶片蠕变分析

为完整描述构件3个阶段的蠕变变形计算,结合所发展的各向同性材料的归一化参数蠕变模型,进一步拓展到正交各向异性材料的归一化参数蠕变模型并进行适用性验证。应用所编制的子程序对高温材料涡轮盘和定向结晶材料涡轮叶片结构,进行了蠕变变形及应力松弛效应计算分析。结果表明：经过一定时间的蠕变变形,涡轮盘和涡轮叶片的高应力区会出现应力松弛。总体上轮盘的应力分布更加均匀,静力分析得到的轮盘中心孔、螺栓孔边和轮缘辐板过渡段处高应力区,由于存在蠕变变形,均出现较明显的应力松弛,但是盘中心孔处的应力松弛幅度较小,可能长时间处于高应力状态,应作为结构设计的危险部位重点考查;涡轮叶片也具有同样的应力松弛蠕变效应,特别是随着蠕变变形的增大,叶尖径向变形(位移)逐渐增大,在结构设计中,应考虑叶片叶尖与机匣长期工作径向碰摩而带来的不利影响。     

镍基高温合金蠕变裂纹扩展的微观力学分析

光滑和预制裂纹的高温合金试件的应力持久寿命的实验结果说明,预先存在的小裂纹,严重地降低高温合金构件的应力持久强度和寿命。 扫描电镜和金相照片分析说明,裂纹沿晶界孔洞扩展。根据孔洞增长和与主裂纹顶端会合的微观力学分析,用蠕变J积分参量和裂纹张开位移速率推导出蠕变裂纹扩展公式。GH_(33A)高温合金的实验数据论证了上面的断裂力学分析。     

某涡轴发动机涡轮叶片尾缘孔的蠕变-疲劳寿命预测方法

针对某涡轴发动机的涡轮叶片,建立了考虑应力松弛的蠕变-疲劳寿命分析方法。通过在黏塑性理论框架内耦合蠕变损伤,对某高温合金的非线性蠕变变形进行了数值模拟。结果表明:基于对某涡轮叶片的弹塑性-蠕变分析研究,明确了叶片上前缘和尾缘等关键部位的蠕变损伤及其演化规律,也为确定叶片上的局部危险点提供了一种方法。该模型针对弹塑性应力应变曲线计算误差小于5%,而针对蠕变曲线的模拟精度则处于材料蠕变变形固有属性分散范围内。借助于线性损伤累积寿命理论,分析得到了某涡轮叶片尾缘孔局部考虑了应力松弛的蠕变-疲劳寿命,从而为叶片寿命评价提供了更为合理、工程化应用更好的方法。      

应力作用下316L不锈钢塑性变形行为研究

 对316L不锈钢进行了大量的单轴高周次棘轮和蠕变试验，讨论了在长达20 000周应力循环中材料的棘轮变形演化与饱和棘轮变形的规律，以及棘轮幅值应力对峰值控制规律的影响；基于材料棘轮效应和蠕变迁为之间相互联系的系统研究提示出：材料的棘轮变形本质上源于应力循环过程中材料的黏塑性。     

PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究

利用拉曼光谱(Raman),红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)对经过KClO3/H2SO4液相改性处理的碳纤维(CF)表面结构进行了研究,并初步讨论了微观结构对碳纤维单丝力学性能的影响.结果表明:纤维表面的沟槽随改性处理时间增加逐渐加深;表面处理的刻蚀作用会使晶粒边界活性增大,石墨微晶变小;改性处理能够增加CF表面活性官能团(羧酸(-C=O)和酚羟基(-OH)),降低碳纤维表面惰性;表面处理后纤维的力学性能均有所下降,液相氧化处理60min和120min后,拉伸强度分别降低约15％和50％.     

共熔法制备超高温陶瓷基复合材料

首次采用共熔法制备超高温陶瓷基复合材料,三个样品初始组分分别为ZrB_2与鳞片石墨,ZrB_2、TaB_2、SiC及鳞片石墨,ZrB_2、MoSi_2与鳞片石墨。研究结果表明,共熔法制备的复合材料中各相分散均匀,产物中的石墨高度有序,石墨层间距分别为0.335 4、0.335 9与0.337 7 nm,且三者的微晶厚度分别为63.4、51.5及68.7 nm,拉曼光谱结果表明硼已经掺杂进入了石墨的网格结构。所制得的超高温陶瓷基复合材料样品中均存在一定的孔隙率,且制备的超高温陶瓷基复合材料的热导率较低。该方法为一种新型、快速、一步法制备超高温陶瓷基复合材料工艺。     

2D-C_f/SiC复合材料蠕变断裂及损伤机理研究

研究了2D-C_f/Si C复合材料在空气中,温度分别为700℃和900℃,蠕变应力分别为50MPa、75MPa和100MPa条件下的蠕变断裂及损伤机理。运用拉森-米勒参数法拟合材料的蠕变断裂时间,使用扫描电子显微镜分析其微观组织和断口形貌以进一步揭示其蠕变断裂机理。结果表明:2D-C_f/Si C复合材料的蠕变断裂寿命与温度和应力密切相关,较高温度或应力会降低材料的蠕变断裂寿命;在蠕变过程中,材料除发生应力损伤外,还会发生氧化损伤;2D-C_f/Si C复合材料的氧化损伤比应力损伤对蠕变断裂时间有更显著的影响。     

Dependence of creep age formability on initial temper of an Al-Zn-Mg-Cu alloy

The initial temper of the material may directly affect the whole creep age forming(CAF)process. In terms of creep deformation and stress relaxation, using the constant-stress creep aging and constant-strain stress relaxation aging tests, the relationship between initial temper and CAF formability is investigated for an Al-Zn-Mg-Cu alloy at 165 °C for 18 h. Three tempers are selected as the initial tempers in CAF, viz., solution, retrogression and re-solution. The CAF formability of this alloy with initial temper of retrogression is the best, and the creep strain of the retrogression tempered specimen after creep aging of 18 h is about 1.21 and 1.34 times than that of the solution and the re-solution tempered specimens, respectively. The calculated stress exponents of this alloy with three initial tempers range from 7.3 to 9.5, indicating that the CAF of this alloy is mainly controlled by the dislocation creep. The various formability for three initial tempers are attributed to different inhibitions of the transgranular precipitates on the dislocation movement. For the retrogression temper, the initial fine and uniformly distributed precipitates are seriously coarsened after6 h of CAF, which minimally inhibit the dislocation movement. While, for the re-solution temper,the fine precipitates are re-precipitated in the matrix of the alloy, which observably hinder the dislocation movement and lead to the worst formability.     

考虑应力松弛的单晶涡轮叶片蠕变疲劳寿命预测

建立了民用航空发动机单晶涡轮叶片考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命预测方法,该方法在热弹性蠕变有限元计算基础上,综合单轴等应变松弛模型及多轴应力修正因子预测全寿命周期内的应力松弛历程,应力下限取为一次应力.利用综合时间硬化隐式蠕变方程描述蠕变变形,结合损伤雨流计数法及Morrow方程计算疲劳损伤,基于Robinson法则的分段损伤线性累积方法计算全寿命周期内的蠕变损伤,总损伤达到临界损伤时获得蠕变疲劳寿命.通过对公开的单晶材料蠕变疲劳数据的分析,临界损伤定为0.5.结果显示,考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命是不考虑应力松弛的45.6倍.为保证可靠性而兼顾经济性,叶片寿命预测时,可先有限元循环加载n个循环,再利用所提出的方法预测2n个循环内的应力松弛历程.      

热处理对激光增材制造TC4合金耐蚀性及室温压缩蠕变性能的影响

随着钛合金装备在航空、航天、航海等领域的使用逐渐增多,其服役环境日益严苛,对构件材料的抗腐蚀性能及室温应力蠕变性能提出了更高要求。针对钛合金耐蚀性及抗压缩蠕变的性能,分析了激光增材制造TC4合金不同热处理状态试样电化学及室温压缩蠕变性能,并结合蠕变曲线修正了蠕变第Ⅰ阶段本构方程的参数。结果表明,双重退火处理会显著减小增材制造TC4钛合金中α板条长径比与尺寸,而固溶时效可使α板条长径比增大、尺寸减小,导致了材料耐蚀性、屈服极限以及抗压缩蠕变性能的变化。沉积态合金经过固溶时效后自腐蚀电流降低64.92%,稳态蠕变应变率降低46.31%,蠕变应变降低50%。而经过双重退火后合金自腐蚀电流降低26.14%,稳态蠕变应变率提升111.20%,蠕变应变提升48.68%。相比于铸锻工艺制备TC4合金蠕变本构方程,修正后的拟合系数与蠕变曲线吻合度更高。