低膨胀高温合金的发展与应用

自７０年代初开始研究低膨胀高温合金以来，已取得了很大进展，相继有十几种不同类型的低膨胀高温合金问世，并被广泛地用于航空发动机上，以缩小旋转部件和固定部件之间的间隙。研究表明，合金元素和热加工工艺对组织和性能有重要影响。     

低膨胀高温合金焊接性的研究现状

从焊接热裂纹的形成机理、影响因素及防止措施等多个方面系统地介绍了低膨胀高温合金焊接性的研究现状,并指出将焊接性试验、微观组织分析和数值模拟相结合,才能从冶金和力学两方面更清楚地揭示低膨胀高温合金焊接裂纹的形成机理及各种因素的影响,为最终制定合理的焊接工艺并有效防止焊接裂纹提供理论上的指导。     

低膨胀高温合金焊缝金属凝固行为的模拟预测

为研究低膨胀高温合金的焊缝结晶裂纹倾向,利用改进的M F模型进行焊接凝固过程溶质再分布的模拟。自行编制了QBasic程序,利用该程序计算了三种低膨胀高温合金焊缝的凝固反应顺序和形成共晶组分的种类与数量。结果表明,GH903和GH907合金在初始凝固后首先发生L→(γ NbC)共晶反应,然后以次共晶反应L→(γ Laves)结束凝固,最终凝固组分由γ/NbC和γ/Laves两类共晶组分构成。而GH909合金在初始凝固后只发生L→(γ Laves)反应,且最终γ/Laves共晶生成量大,因此结晶裂纹敏感性高于GH903和GH907合金。改变碳含量能够影响GH909合金的凝固路径,但是仅靠提高碳含量改善焊接性的作用有限。     

石英陶瓷与低膨胀合金硅凝胶粘接技术

石英陶瓷材料与低膨胀合金的膨胀系数差异很大，在粘接过程中的内应力影响两者的粘接强度和耐久性。     

低膨胀高温合金的发展及在航空航天业的应用

回顾了低膨胀高温合金的发展历史."因瓦效应"和"时效硬化"现象的发现奠定了低膨胀高温合金发展的基础.20世纪70年代航空航天事业的迅猛发展以及能源危机的爆发为低膨胀高温合金在航空航天业的实际应用提供了宝贵的契机, 最早的商用Fe-Ni-Co(IN9××)系列合金,经过用Nb、Ti强化,去Al,加Si等一系列成分上的变化,显著改善其应力加速晶界氧化脆性(SAGBO性能),从此低膨胀高温合金在航空航天领域得到大量应用.为改善此类合金的抗氧化和降低裂纹扩展速率等性能,又进行了新合金系的研究,即以Inconel 783合金为代表的Fe-Ni-Co-Al-Cr系合金和以Haynes 242合金为代表的Ni-Mo-Cr系合金的研究,这些合金在750℃仍能达到完全抗氧化,为新一代飞机发动机的发展提供了优质材料.     

长期时效对低膨胀高温合金GH783组织与性能的影响

研究了750℃长期时效对GH783组织与性能的影响.测试了合金的力学性能,并采用光学显微镜和扫描电镜对合金的组织进行了分析.结果表明:GH783合金在750℃长期时效过程中,随着时效时间的延长,γ'相尺寸长大比较明显;β相析出增多;合金的强度和持久寿命有所下降,而延伸率和断面收缩率有所提高.     

低膨胀高温合金GH907的显微组织研究

采用透射电子显微术和Ｘ射线能谱分析，研究了低膨胀高温合金ＧＨ９０７的微观结构，分析了ε相的结构、成分及其与基体的取向关系，研究了各种晶界相的结构、形貌和成分。     

稀土Y对低膨胀高温合金显微组织和界面的影响

运用分析电子显微术、高分辨电子显微术、化学相分析和 X-射线衍射等方法分析研究了Fe-Ni-Co-Nb-Ti-Si低膨胀高温合金的相组成和相结构 ,以及稀土对合金的组织和性能的影响规律。结果显示 ,微量的稀土主要存在于合金的片状相中 ,并使其晶体结构发生变化。加入适量的稀土 Y后 ,合金片状相变得更加细密、均匀。和不含稀土的低膨胀高温合金相比 ,含 Y的低膨胀高温合金中片状相与基体的晶格错配由 0 .7%下降到 0 .0 7% ,表明界面应力明显下降     

低膨胀高温合金GH907和GH909的铸态组织及其均匀化处理

本文研究了低膨胀高温合金GH907、GH909铸态组织中偏析的性质,偏析对合金组织的影响,以及消除偏析的方法。     

低膨胀高温合金Incoloy903的热处理和组织

Incoloy 903合金系沉淀强化型Ni-Fe-Co基合金,它具有低的热膨胀系数,几乎恒定的弹性模量和较高的强度。本文采用X射线衍射、透射电子显微镜和光学显微镜,研究了该合金在不同温度固溶处理和时效后的显微组织及η相的析出规律。结果表明,在880℃以上固溶为再结晶组织,在850℃以下固溶为温加工组织,在690～720℃时效8～16h,γ′相细小弥散,具有最佳的强化效果。     

Determination of thermal expansion coefficients for unidirectional fiber-reinforced composites

In the present work, the coefficients of thermal expansion（CTEs） of unidirectional（UD）fiber-reinforced composites are studied. First, an attempt is made to propose a model to predict both longitudinal and transverse CTEs of UD composites by means of thermo-elastic mechanics analysis. The proposed model is supposed to be a concentric cylinder with a transversely isotropic fiber embedded in an isotropic matrix, and it is subjected to a uniform temperature change. Then a concise and explicit formula is offered for each CTE. Finally, some finite element（FE） models are created by a finite element program MSC. Patran according to different material systems and fiber volume fractions. In addition, the available experimental data and results of other analytical solutions of CTEs are presented. Comparisons are made among the results of the cylinder model,the finite element method（FEM）, experiments, and other solutions, which show that the predicted CTEs by the new model are in good agreement with the experimental data. In particular, transverse CTEs generally offer better agreements than those predicted by most of other solutions.     

热膨胀诱导的转子轴向窜动与摩擦振动

对非均匀温度场以及温度时变特征的影响进行量化,研究热膨胀引发的转静件间隙变化及其接触挤压,将Hertz点接触挤压模型改进为环带面接触挤压形式.在此基础上建立了考虑面摩擦作用的转子动力学模型.最后采用数值积分法对模型进行求解,并研究升温时段和恒温时段环带面摩擦力对系统的影响.分析表明热膨胀诱导的转静轴向间隙变化所引发的摩擦是转子系统典型故障之一,也是影响发动机正常运行的重要因素.      

增强碳/碳球锥切削中的最小热应力优化研究

对将增强碳/碳纤维块体切削成球锥外形的工艺,块体热膨胀系数异性轴指向可以极大地影响球锥热应力大小,存在优化设计的潜力。本文对增强碳/碳不同主轴方向弹性模量比值下的球锥最小热应力优化特性进行了研究,发现以1为界,不同模量对比关系下的优化特征是完全不同的。在本文加热条件下,当异性轴模量小于同性面模量时,优化曲线对温度场变化很敏感,以块体异性轴和球锥横截面成±42.9夹角时热应力最小;当异性轴模量大于同性面模量时,优化曲线随加热时间变化不大,以块体同性面与球锥对称轴平行或成小锐角时热应力最小。一般而言,工艺设计中应避免用模量大的主轴方向指向球锥对称轴方向。     

测量线膨胀系数的光学干涉方法

光学干涉方法在材料线膨胀系数测量中有着广泛的应用,本文对用于线膨胀系数测量的各种干涉仪的工作原理和典型结构进行了分类介绍,对不同干涉系统设计形式的特点进行了分析比较,指出了为提高测量准确度在光学系统设计上应注意的问题。     

2．5DC／SiC复合材料的热物理性能

分别采用热膨胀仪和激光脉冲导热仪测试2.5D C/SiC复合材料从室温到1400℃纵向、横向的热膨胀系数和厚度方向的热扩散系数.结果表明,2.5D C/SiC复合材料的热膨胀系数随温度的升高而缓慢升高,在350℃和700℃附近出现波动,且横向的热膨胀系数略高于纵向.热扩散系数随温度的升高逐渐降低,且下降速率随温度的升高而变缓.CVD SiC涂层后,材料热扩散系数提高1～2倍.     

SiC颗粒影响SiCp／Cu复合材料物理性能的研究

运用多元回归分析方法,研究了ＳｉＣ颗粒含量、粒度及纯度对ＳｉＣｐ／Ｃｕ复合材料热膨胀系数和导热率的影响规律。研究表明,影响材料热膨胀系数和导热率的主要因素为ＳｉＣ颗粒含量。随着ＳｉＣ颗粒含量的增加,复合材料的热膨胀系数和导热率降低;ＳｉＣ颗粒越小,热膨胀系数越低,而导热率越好;适当增加杂质含量有利于获得较高的导热率。     

红外低辐射层与吸波层参数匹配性研究

研究了红外材料与吸波材料参数匹配。结果表明,随着红外填料含量增加,红外辐射系数逐渐变小;磁导率变化很小,磁导率值也较小;而介电常数相对较大,且随着填料含量增加,介电常数开始急剧增大,后变平缓。填料含量相同时,片状填料颗粒比球状填料颗粒的红外辐射系数低。在填料参数及其含量选择适当情况下,可以兼顾红外及雷达吸收性能。     

单一及混杂的多向复合材料热膨胀系数的研究及零膨胀的设计

对多向复合材料(包括单一及混杂纤维复合材料)在室温至150℃温度范围内的热膨胀性能进行研究,推导了热膨胀系数(CTE)的理论计算公式,对零膨胀的多向复合材料的铺层设计进行了探讨,并对部分零膨胀复合材料铺层结构进行了预测,其结果与实验值基本吻合。     

基于有限元法的平纹编织C/SiC复合材料等效导热系数预测方法

提出了一种采用有限元法计算平纹编织C/SiC复合材料等效导热系数的方法.首先研究了材料的细观结构,根据材料显微照片建立了带基体碳纤维束复合材料的单胞模型,采用基体中孔隙分布随机生成的单胞模型,计算了孔隙率对基体等效导热系数的影响,通过施加3组边界条件计算出带基体碳纤维束和复合材料的等效导热系数.最后应用提出的方法计算分析了碳纤维体积分数和孔隙率对复合材料等效导热系数的影响规律.结果显示:复合材料等效导热系数随碳纤维体积分数增大而线性下降,碳纤维体积分数从54%增加到78%的过程中,复合材料y轴方向的等效导热系数下降了12.8%,x与z轴方向的等效导热系数同时下降了8.6%;复合材料等效导热系数随孔隙率增大呈加速下降趋势,孔隙率从0增加到30%的过程中,材料的x与z轴方向的等效导热系数下降了22.91%,y轴方向的等效导热系数下降了34.66%.