FGH97缺口试样基于黏塑性本构的弹塑性响应分析

针对缺口试样在高温条件下局部区域应力应变难于测量的问题,基于光滑试样材料力学性能试验,优化得到550℃粉末高温合金FGH97的Chaboche黏塑性统一本构方程参数,并将其应用到FGH97缺口试样单调拉伸及循环加载弹塑性有限元分析中.研究结果表明:①缺口局部区域进入塑性后其应力分布与弹性条件明显不同,随应力增大,最大应力位置向内移动;②在循环载荷条件下,随着循环数的增加,缺口平分线上应力/应变范围变化不大,缺口根部塑性区域出现明显平均应力松弛,并逐渐趋于稳定,导致缺口根部循环载荷比不同于外部施加载荷;③缺口根部塑性区域逐渐增大,但增大的幅度逐渐降低.该研究可为进一步分析缺口构件疲劳寿命影响因素提供支持.      

Fatigue-crack-initiation numerical modelling of a Ni-base powder metallurgy alloy

A simplified three-dimensional numerical model was presented to simulate the micro-crack nucleation and growth to some predefined dimension (approximately 0.38mm) on the throat surface of a Ni-base powder metallurgy (PM) specimen.The numerical simulation of micro-crack initiation was based on the Tanaka-Mura micro-crack initiation models,where individual grains of the mesoscopic model were simulated using the Voronoi tessellation.Four improvements were made in the model.(1) Considering crack initiation along with 12 principal slip systems on octahedral slip planes of face centered cubic (FCC) crystal in three-dimensional (3-D) models.(2) Considering the effect of secondary phase precipitate due to impinging slip and dislocation pileup.(3) The Tanaka-Mura theory of fatigue-crack-initiation from notches was applied to simulate the crack initiation from another crack tip.(4) The coalescence of random initiated micro-cracks was simulated once they intersected with each other and a macro-crack was finally formed.The calculated results were in good agreement with the experimental data which verified the rationality of the simulation model.The applicability of the proposed model for treating fatigue-crack-initiation life in engineering structures was preliminarily achieved.      

HIP-Re 组织及力学性能

采用粉末冶金热等静压技术制备了HIP-Re纯铼材料,分析了不同热处理状态对材料微观结构及室温和高温性能的影响。结果表明,热处理温度对材料拉伸性能影响较大,经1 800℃/1.5 h真空处理HIP-Re抗拉强度达到1 196 MPa,伸长率为19.1%;2 000℃抗拉强度达到69 MPa,伸长率达17%以上。粉末冶金铼的晶粒组织多为2～8μm细小等轴晶,HIP-Re断裂方式为沿晶断裂与穿晶断裂共同作用,高温断裂方式为晶间断裂与滑移断裂,在拉伸形变过程中,Re材料内部产生了大量协变的裂纹及微孔,裂纹扩展连接导致断裂。     

TC11 粉末钛合金的微观组织及其形成机理

通过旋转电极制粉及后续的热等静压工艺制备了全致密的TC11粉末钛合金,分析了材料的微观组织,通过理论分析和有限元模拟的方式探讨了材料独特的微观组织的形成机理.分析结果表明:粉末冶金TC11的微观组织主要由条片α+相间β相组成,同时还有部分细小的等轴α分布在粉末颗粒界面处.这种独特的微观组织是由两种工艺共同作用产生的.     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.     

夹杂对粉末高温合金裂纹扩展寿命的影响

采用有限元方法中的奇异单元,研究了当粉末高温合金FGH 95中存在由夹杂引起的裂纹时,夹杂对裂纹应力强度因子的影响;并在此基础上,利用Paris公式,计算了夹杂对裂纹扩展寿命的影响。研究结果表明:当夹杂处于裂纹的不同位置时,对应力强度因子的影响趋势也不同,且硬夹杂的影响趋势与软夹杂相反;存在软夹杂时,将夹杂当作初始裂纹,不考虑夹杂的影响得出的裂纹扩展寿命结果是安全的,而对于硬夹杂得出的结果偏于危险,对于FGH 95粉末高温合金,夹杂相对于基体材料其弹性模量偏小,为软夹杂,因此将夹杂当作初始裂纹计算裂纹扩展寿命时不考虑夹杂的影响,将得到偏于安全的裂纹扩展寿命计算结果。这一结论为简化粉末冶金涡轮盘的寿命分析提供了依据。      

保载条件下FGH95材料的疲劳特性及寿命建模

针对FGH95粉末冶金材料进行了650℃时不同保载形式(拉伸保载、压缩保载和拉压保载)的疲劳试验, 分析了其变形特征和疲劳寿命分布特征以及保载对疲劳寿命的影响.并据此, 为改进保载条件下疲劳寿命的建模, 提出了迟滞环位置-形状修正因子的概念, 进而得到了一种修正的非弹性应变能~寿命方程.经对该材料疲劳试验寿命的建模和计算分析表明:该方法相比其他几种工程上经常采用的寿命预测方程, 较好地解决粉末冶金材料高温保载疲劳时的寿命建模问题, 且该方程对试验寿命预测的精度更高, 形式简单, 具有明显的物理意义.      

一种多晶石墨的拉伸蠕变行为

对一种多晶石墨材料进行了拉伸蠕变试验后,用ＲＡＭＡＮＯＲＵ１０００拉曼光谱仪对蠕变前后的试样作了分析,并用扫描电镜观察了蠕变前后试样纵向剖面的孔隙变化。结果表明：在１７００℃,０．７ＭＰａ的应力作用下多晶石墨材料不发生明显蠕变。蠕变初期可用ε－ε０＝Ａｔｎ进行描述,在不同温度和应力下ｎ值从０．４８５～０．８之间变化。在同一应力条件下,随温度提高,ｎ值增大。激光拉曼光谱仪和扫描电镜分析表明,多晶石墨蠕变后石墨化程度增加、孔隙增多、变大。     

粉末GH4169 合金中的原始颗粒边界问题

探讨了粉末GH4169高温合金中的原始颗粒边界的形成机理、其对合金组织性能的影响以及消除措施等。结果表明:粉末GH4169合金中原始颗粒边界组织主要由MC碳化物构成,而在粉末成型前进行预热处理可以有效抑制原始颗粒边界组织的生成,提高合金综合性能。     

基于表面缺陷特征的疲劳寿命预测方法

在含表面缺陷试样的疲劳数据的基础上，提出了表面缺陷对疲劳寿命影响的尺寸参数，将其引入Walker寿命方程，建立了可以考虑表面缺陷尺寸特征的疲劳寿命预测方程。将该方程的寿命预测结果同考虑应力梯度的寿命预测方法的计算结果进行对比，两者在±3倍以内，验证了方法是准确可靠的。进而，将该方程应用于粉末高温合金涡轮盘的疲劳寿命预测中，获得了不同尺寸的表面缺陷对涡轮盘寿命的影响规律，其工程意义在于:依据涡轮盘危险位置的应力特征，能够给出存在缺陷时的疲劳寿命，可作为使用过程中的重要参考数据，一旦出现漏检的表面缺陷，也能够保证涡轮盘的安全工作。