复杂型腔空心叶片气相渗铝工程化应用研究

对航空发动机复杂型腔空心叶片气相渗铝工艺、组织结构进行了研究,探讨了气相渗铝工艺的原理和机制.结果表明,采用舍Al 30％(质量百分比)的渗铝剂可实现空心叶片表面和内腔的同时渗铝,渗层深度可控、均匀性好,随渗铝保温时间的延长而递增,叶片表面渗铝层深度为20～60μm,内腔为5～20μm,渗铝层组织主要分为两个特征区,厚度比约为1∶1.外层铝为32％～36％(质量百分比)左右,内层铝约为l1％～l7％(质量百分比);外层主要由β-NiAl相,内层可能由β相,或β+γ'相,或γ'相组成.叶片经980℃、4h气相渗铝后,组织良好、性能优良,通过了航空发动机1000h持久试车考核,工程化应用前景广阔.     

微晶钛合金薄板粉末包埋渗铝及铝硅共渗研究

采用粉末包埋法对电子束物理气相(EB- PVD)制备钛合金薄板在620℃分别进行6h渗铝及铝硅共渗,采用XRD、SEM等对EB- PVD制备钛合金薄板显微组织以及粉末包埋法渗铝及Al- Si共渗后的钛合金薄板显微组织结构进行研究.结果表明,微晶合金可以在620℃实现渗铝和铝硅共渗.渗铝层的相结构主要为Al3 Ti相,但由于渗层Al3 Ti相为脆性相,在渗后冷却过程中热应力的作用下,易产生裂纹.铝硅共渗层的相结构主要为Al3 Ti和Ti5 Si3相,由于Si存在渗层中,渗层中不存在裂纹.     

浇注温度对1种新型铸造镍基高温合金组织和拉伸性能的影响

为分析浇注温度与合金的组织结构和力学性能之间的变化关系,通过改变浇注温度获得不同枝晶组织试样,采用金相显微镜和扫描电镜来观察和分析合金的组织结构,结合拉伸性能测试研究了合金的组织结构对拉伸性能的影响。结果表明：降低浇注温度使γ＇相和碳化物得到细化;降低浇注温度提高了合金的拉伸强度,并改善了塑性。     

应变速率和温度对NiAl-30Cr-4Mo 共晶合金拉伸性能的影响

研究了温度和应变速率对NiAl-30Cr-4Mo共晶合金的拉伸性能的影响.研究结果表明在同一应变速率(1.67×10-4/s)下,随着温度的升高,材料的塑性增加;在韧脆转变温度(BDTT)923 K以上,随着应变速率的降低,合金的拉伸断口韧窝密集程度增大,合金塑性断裂的趋势越明显,且屈服强度随应变速率的降低而下降.     

富Nd第二相颗粒对钛合金拉伸断裂方式的影响

通过薄片试样原位拉伸和圆棒拉伸实验研究了富Nd第二相颗粒的早期脆性断裂对一种近α型钛合金断裂行为的影响.结果表明,随颗粒体积分数的增加,合金的拉伸强度有所降低,但合金的塑性得到改善. 富Nd第二相颗粒的早期脆性断裂不会导致材料的脆性断裂倾向,这是由于颗粒的形成改变了合金基体的组织结构等引起的.     

多次渗铝对涡轮叶片疲劳性能的影响

试验结果表明渗铝次数越多高周疲劳性能下降越多，七次渗铝后疲劳极限比第一次渗铝后的疲劳极限降低１２％。这种变化与渗铝层深度增加，缺陷增多而诱导疲劳裂纹提前萌生，以及基体局部区域γ’相粗化而不利于阻碍疲劳裂纹的发展有关。     

发动机叶片气相渗铝工艺研究

为提高发动机叶片抗高温氧化和抗燃气腐蚀的能力,选用发动机叶片气相渗铝工艺,通过模拟生产的工艺试验,以试验数据及现象为依据,客观分析了渗铝的加热温度、保温时间及渗铝剂的用量等因素对渗铝层深度的影响,从而确定某型发动机叶片气相渗铝时的热处理参数。     

二次时效处理对Ti40合金力学性能的影响

研究了四种不同二次时效热处理制度对β型阻燃钛合金Ti40力学性能的影响,并分析合金的微观组织.结果表明,延长550℃时效保温时间,合金塑性降低明显;时效温度从550℃提高到700℃,对塑性影响较大,特别是热暴露后的塑性降低较快;对相的分析表明其原因主要是时效时间的延长和温度的提高都会增加Ti5Si3相的析出与长大;但延长时效时间和提高时效温度可以有效提高材料的持久性能.     

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。     

Ag含量对Al-Cu-Mg合金组织和性能的影响

采用维氏硬度、室温拉伸性能测试、金相显微分析技术、透射电子显微分析等手段,研究Ag含量对Al-Cu-Mg耐热铝合金组织和性能的影响。结果表明:随着Ag含量的增加,室温时Al-Cu-Mg合金的屈服强度和抗拉强度增加,塑性逐渐降低,但总体保持在较高水平;合金的硬化速率加快,峰时效提前,峰值硬度提高;不含Ag的Al-Cu-Mg合金中的强化相为θ’相,添加微量Ag后,Al-Cu-Mg合金的主要强化相为Ω相,且随着Ag含量的增加,Ω相的含量也逐渐增加,Ag能够促进Ω相的析出。     

钢制叶片激光冲击强化与渗铝的组合应用

采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)等手段研究了激光冲击强化(LSP)对钢制叶片渗铝层的影响,结果表明渗铝后进行激光冲击强化会对渗铝层造成破环,而在渗铝之前进行激光冲击强化则能提高渗层质量.从残余应力和显微组织变化两方面分析了渗铝高温作用对不锈钢材料激光冲击强化效果的影响,激光冲击强化产生的残余压应力在510℃渗铝温度环境下保温150min仍有-295MPa稳定存在,晶粒细化组织也没有明显长大,激光冲击不锈钢材料的残余应力和微观组织具有良好的热稳定性.振动疲劳对比试验结果验证了“LSP+渗铝”组合工艺对不锈钢材料的强化效果,在660MPa应力水平下,采用该组合工艺试片的疲劳寿命为3.98×106,为原渗铝试片疲劳寿命的14倍左右.      

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。     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。     

Ti/Al/Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶层状复合材料界面相组成

利用DSC对真空甩带法制得的Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶薄带进行热分析,据此选择在693 K(T_g),753 K(T_g~T_(x1)),813 K(T_(x1))下对非晶合金进行不同时间真空热处理,分析非晶晶化行为,并以Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶合金、TA2和纯Al为原材料,利用Gleeble-3500热模拟试验机在873 K/10 MPa/8 h下制备层状复合材料,采用SEM、TEM、显微硬度计并结合热力学和元素扩散理论对界面层相组成、析出次序和性能进行研究。结果表明:Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶玻璃转变温度T_g=720 K,初始晶化温度T_(x1)=788 K;非晶晶化首先生成亚稳相I相,随后进一步析出三元或四元Laves相和Ti Ni相;热压后,纯Al和非晶晶化层间界面由薄层Al_3Ni和晶粒细小结构均匀的Al3(Ti0.6Zr0.4)层组成,界面平直无缺陷,总厚度与纯Ti、纯Al间界面层厚度比约为6.5∶1;Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))和Al_3Ti硬度相近,分别为(564.20±10.46)HV和(579.83±15.26)HV,但Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))层塑性更好。     

竖直平板Blasius流层流边界层流动与传热耦合解

对考虑辐射传热、流体黏度随温度变化、有和无滑移边界条件下的可渗透竖直平板Blasius流层流边界层的无量纲速度场与温度场进行了深入研究.经相似变换将描述速度场与温度场耦合的偏微分方程组转换成非线性常微分方程组,用Runge-Kutta法对常微分方程组进行了数值求解.研究了无量纲参数对无量纲速度场及温度场的影响,着重分析了滑移边界条件下速度和温度随无量纲参数的变化规律.结果表明:吸入时边界层变薄,喷注时边界层加厚;对比于无滑移边界条件,滑移边界条件下速度、温度边界层变薄;随着变黏度参数a或喷注与吸入参数的增大,壁面摩擦因数、局部努塞尔数Nu增大,速度和温度边界层变薄;随着普朗特数Pr、热辐射参数R的增加,或毕渥数Bi,布林克曼数Br的减小, 温度边界层变薄.      

铺放参数对复合材料厚度方向力学行为影响

为了探究铺放工艺参数的变化对复合材料厚度方向力学行为的影响,通过面外拉伸实验分析了铺放压力与铺放温度对复合材料厚度方向面外拉伸强度与拉伸模量的影响,并对不同铺放工艺的试件失效模式进行了分析。试验结果表明,增大铺放压力会减小层间富树脂区厚度,使复合材料面外拉伸强度不断增大,当铺放压力为0.225 MPa时取得实验组最大值,与铺放压力0.075 MPa相较强度提升约13.1%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合转变为纤维断裂;铺放压力的进一步增大会挤压层间树脂,改变树脂富集形态,使面外拉伸强度下降,剥离失效模式再度出现。实验用复合材料的适宜铺放温度为30℃,过高的铺放温度会导致孔隙率的上升,使复合材料的面外拉伸强度严重下降,裂纹扩展失去规律性;与铺放温度25℃相比,铺放温度为45℃时复合材料面外拉伸强度下降达19.2%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合失效转化为单一的纤维层剥离失效。     

NiAl合金的热爆合成及其反应机制

本文研究了NiAl合金的热爆合成,其反应过程为液相控制,产物为β-NiAl,密度较高。本文给出了不同条件下合成的起爆时间及主要影响因素。     

Ti3Al基合金微弧氧化膜的制备和性质

利用微弧氧化方法在Ti3Al基合金上制备了厚度达120 μm的陶瓷膜.研究了陶瓷膜的生长曲线,发现膜层厚度随着氧化时间的增加而增加,在不同氧化阶段生长速度不同,膜层以向外生长为主;显微结构和硬度分析都发现,陶瓷膜分为两层结构,即内层和外层,陶瓷膜内外层的主要物相是(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2相,外层中还有一定数量的无定形SiO2相;陶瓷膜的最大显微硬度可以达到基体硬度的3倍左右.显微划痕实验表明:膜与基体间结合力大于40N,膜与基体结合良好.电化学极化曲线测试显示陶瓷膜在3.5%盐水溶液中的耐蚀性与Ti3Al基体相比有较大的提高.     

壁面温度对斜爆震发动机进气道流动特性影响的数值研究

为研究壁面温度条件对层流、转捩、湍流状态下斜爆震发动机进气道流场结构、流场参数的影响,选取Ma10级、具有曲面压缩段的斜爆震发动机进气道为研究对象进行数值模拟,对进气道壁面附近激波诱导分离区、热边界层的变化进行了深入探讨。数值模拟结果表明,进气道肩部圆弧过渡段出现的再层流化现象,壁面冷却对其起抑制作用,绝热壁面条件下再层流化程度最为严重。壁面温度的增加有利于延缓流动转捩,同时也导致了分离区尺寸的增加以及转捩、湍流状态下分离区主体位置逐渐前移,进气道内通道的转捩为分离诱导转捩,转捩位置主要受到分离点位置的影响,整体表现为壁面温度增加转捩位置前移。进气道出口顶板侧热边界层厚度随着壁面温度的增加逐渐变厚,转捩状态下热边界层厚度变化可达5%,温度峰值也随着壁面温度的增加逐渐增加,且峰值位置逐渐靠近壁面。壁面温度条件相同时,层流状态下热流、热边界层厚度均较小。转捩、湍流状态下进气道出口顶板侧热边界层较厚,约为层流状态3倍,同时转捩、湍流状态下热边界层厚度相差可达2%。