一种热连轧GH4169合金的蠕变行为与断裂机制

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了热连轧直接时效处理的GH4169镍基合金的蠕变行为和断裂机制。结果表明:热连轧GH4169镍基合金的组织结构由γ′,γ″相和γ基体相组成,具有较小的晶粒尺寸,晶内存在高密度位错和孪晶。经直接时效后,合金中弥散分布的细小γ″相数量增加,及高密度位错引起的形变强化效果,是使合金在650℃/725MP条件下具有较长的蠕变寿命的主要原因;蠕变期间,合金的变形特征是孪晶变形和位错的双取向滑移;随着蠕变进行,位错的数量逐渐增加,并在晶界处引起应力集中,致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制。     

Nb对富钛TiNiAl金属间化合物强化机制的影响

 采用力学压缩试验、扫描电镜和X射线衍射方法研究了Nb元素对于Ti₅₀Ni₄₂Al₈合金的力学性能和微观组织结构的影响。结果表明，Nb能够显著提高合金从室温到700 ℃之间的强度。在600 ℃时，Ti₅₀Ni₄₀Al₈Nb₂合金的压缩屈服强度和比强度分别为1 237 MPa和216 MPa/(g·cm^-3)，超过Rene95高温合金。微观组织观察及成分分析表明，Nb元素在基体和强化相Ti₂Ni（Al）中固溶，促进强化相的弥散析出和细化，并导致高强富Nb相的析出，从而提高了合金的强度。     

初始组织对Mg-8Gd-2Y-0.5Zr合金蠕变性能的影响

对不同初始组织形态（铸态、固溶处理态、 T6处理态及挤压态）的Mg-8Gd-2Y-0.5Zr合金在200℃/70 MPa条件下进行100 h蠕变实验,探讨晶粒尺寸、铸态合金中初始第二相、时效析出相(β′相)对合金蠕变性能和蠕变机理的影响。结果表明：在相同蠕变条件下,时效态合金具有最佳的抗蠕变性能,挤压态合金的抗蠕变性能最低,在稳态蠕变阶段固溶态合金的蠕变性能稍高于铸态合金;晶粒尺寸细小是导致挤压态合金抗蠕变性能较低的主要因素;虽然在蠕变初期,铸态合金中初始第二相起到了蠕变强化作用,但晶内析出的大量与基体完全共格的β′相则是时效态合金以及固溶态合金具有较好抗蠕变性能的主要原因。     

一种镍基单晶高温合金的高温蠕变行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在1000℃的高温低应力蠕变行为。实验结果表明:合金蠕变速率呈现出先减小再增大的变化趋势,当应变量达到一定临界值(1±0.2)%后,变形速率迅速上升,蠕变进入第三阶段。高温蠕变初始阶段的主要变形机制为a/2〈110〉{111}型位错环在基体内运动。合金在高温蠕变稳态阶段的主要变形机制为位错切割γ’相,切割位错主要有螺型位错对和[001]超位错两种形式。     

GH36合金的蠕变损伤行为及分析

对GH36合金在650℃下的蠕变损伤行为进行研究,基于Kachanov-Rabotnov理论,对蠕变损伤的本构方程进行处理以得到一组线性控制方程组,再利用现代变分原理进行数值求解和分析,给出该材料的蠕变曲线和损伤曲线;并与GH36(在650℃下)的蠕变试验结果进行比较。     

直接时效处理对热连轧GH4169合金蠕变行为的影响

通过对热连轧GH4169合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了直接时效对热连轧合金蠕变行为的影响。结果表明:直接时效可明显提高热连轧GH4169合金的蠕变抗力,在660℃/700MPa条件下,使合金的蠕变寿命由60h提高到126h,在试验的温度和应力范围内,测定出该合金在蠕变期间的激活能和应力指数分别为Qa=559.2kJ/mol和n=17.6。合金在热连轧期间的变形特征是孪晶和位错在孪晶内的双取向滑移,且有较小的晶粒尺寸;经直接时效后,合金中弥散析出的细小γ″相是有效提高合金蠕变寿命的主要原因。在蠕变期间,合金的变形特征是孪晶及位错在基体中滑移;蠕变后期,在与应力轴垂直的晶界处首先出现微裂纹,随蠕变进行,微裂纹沿晶界扩展并发生沿晶断裂。     

2024合金极低温度下蠕变特性

研究了190℃时效12h后的2024合金在77~150K温度范围内蠕变行为。结果表明,2024合金低温下存在蠕变现象,并且所有温度下蠕变第Ⅰ阶段的蠕变应变量与蠕变时间均满足对数规律。100K和150K时蠕变曲线的第Ⅰ阶段持续500h以上,77K时试样经过1000h后仍未出现蠕变的稳态阶段。利用透射电镜观察了合金低温蠕变前后的位错组态,表明在定载条件下,随温度的升高蠕变后试样的位错密度上升,位错交互作用增强。在温度为150K时,看到位错的长程滑移,表明极低温度下2024合金的蠕变机制为位错机制。     

镍基单晶合金气冷叶片模拟试样的蠕变性能研究

对带孔和不带孔的某第二代镍基单晶合金平板试样进行了蠕变性能试验研究与有限元对比计算.高温蠕变试验表明, 平板试样的晶体取向和是否开孔对蠕变寿命有明显的影响.气膜孔导致蠕变寿命的降低, 对[001]取向的影响大于[111]取向.在高温低应力条件下, [001]取向的蠕变性能要优于[111]取向.有限元分析结果表明, 气膜孔改变了试样中的应力分布, 在孔附近产生了高应力, 导致模拟试验蠕变寿命的降低.有限元计算蠕变持久寿命与试验结果吻合, 说明采用基于分切应力的蠕变持久寿命计算模型是合理的.      

θ参数法在涡轮盘蠕变变形分析中的应用

针对某直接时效ZSGH4169涡轮盘的蠕变变形展开研究,建立了16参数的θ参数法模型,对ZSGH4169高温合金在不同温度、不同载荷下的蠕变曲线进行了模拟;将该模型同有限元程序结合,开发了相应的用户子程序,并验证了子程序的计算能力及计算精度;将模型应用于涡轮盘的蠕变分析。结果表明:该模型能够准确模拟ZSGH4169在650℃及700℃下3个阶段的蠕变行为,与Norton率等传统模型相比,建模能力更强且精度更高,特别是能够开展变载、变温等复杂条件下蠕变的数值模拟。进而获得了涡轮盘盘心孔、盘缘螺栓孔两个危险位置处蠕变应变随时间的变化规律以及应力松弛曲线,其具有工程指导意义。      

基于循环应变特征的疲劳-蠕变寿命预测方法

为研究非对称加载下疲劳-蠕变交互作用对粉末高温合金涡轮盘寿命的影响,开展了550 ℃时不同应力水平及保载时间下FGH96粉末高温合金的低周疲劳-蠕变试验,得到了材料的循环应变响应及疲劳-蠕变寿命随保载时间的变化规律。在此基础上,结合材料的循环软化特征,以循环应变范围作为损伤控制参量,将其与保载时间和动态循环次数相关联,提出了一种基于循环应变特征的疲劳-蠕变寿命预测方法。该模型综合考虑了载荷历程和保载时间对材料疲劳-蠕变损伤的影响,能够实现不同应力水平、不同保载时间下FGH96粉末高温合金疲劳-蠕变寿命预测以及消耗寿命的动态跟踪。通过与工程上常用的几种模型进行对比,发现新模型具有较高的预测精度,且预测结果分散性较小,寿命预测结果基本位于±2.5倍寿命分散带之内,预测标准差小于0.4。     

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。     

单晶高温合金持久性能各向异性分析

为阐述单晶高温合金持久性能各向异性规律,收集了Mar-M247、RR2000、DD6、PWA1484、CMSX-2、CMSX-4、Alloy454与SC7-14合金的持久寿命数据,调研文献探索其影响因素,总结了近〈001〉取向小角偏离对持久寿命的影响,研究晶体取向与持久寿命间的关系,定量分析了温度对持久性能各向异性的影响。结果显示: {111}〈112〉滑移系的“位错滑移”与“晶格转动”是中低温下(760~850 ℃)单晶合金持久性能各向异性的重要原因;偏角相同的条件下,靠近“［001］~［011］”边界的近〈001〉取向持久性能相对优异;不同牌号单晶合金持久性能各向异性规律不同,不存在恒定的“持久性能最优取向”;随着温度升高,晶体取向对持久性能影响减弱,针对DD6与CMSX-4合金,高温下(大于950 ℃)可用〈001〉热强综合参数曲线评估〈011〉与〈111〉取向的持久强度。      

锻造工艺对1Cr16C05Ni2Mo1WVNbN钢组织和性能的影响

通过试验详细论述了不同锻造工艺对1Crl6CoSNi2MolWVNbN钢的金相组织、室温拉伸冲击性能、450℃拉伸性能和持久性能的影响。从而得出结论锻造工艺对合金室温和450℃拉伸性能、持久寿命影响不大,变形量的增加有利于细化晶粒和一次碳化物NbC的尺寸减小,在1120℃—l160℃始锻温度、40％～60％变形量条件下锻造合金室温冲击韧性处于较高水平。该合金的最佳锻造工艺参数为：1140℃下锻造,变形量50％左右。     

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。     

一种新的蠕变持久可靠性方程

高可靠度的蠕变持久方程是高温机械设备设计和寿命评估的重要依据, 但是, 根据现行方法得出的蠕变持久可靠性方程无法满足预定的置信度和可靠度的要求, 导致其预测的蠕变持久强度和使用寿命过大, 使高温机械在实际使用中偏于危险。本文发现并纠正了现行方法中的错误, 建立了一种新的蠕变持久可靠性方程, 根据该方程可以准确地预测高置信度和高可靠度的蠕变持久强度和使用寿命。      

A physically-based representative stress methodology for predicting stress rupture life of Ni-based DS superalloy

Smooth and three types of U-shape single-edge notched plate specimens adopted to experimentally investigate stress rupture behavior of Ni-based Directionally Solidified (DS) superalloy at 850 °C exhibit notch weakening effect and multi-source cracking initiation near the notch root. However, stress rupture behavior of smooth and V-shape notched round bars at 1040 °C revealed by Li et al indicates notch strengthening effect and creep micro-holes originating mostly from the central portion. A combined creep-viscoplastic constitutive model is employed to analyze the distribution of stress, strain and stress Triaxial Factor (TF) near the notch root. The different stress distribution and creep restraint between asymmetric notched plate specimens and symmetric notched round bars are the main reasons for the corresponding failure mechanism. Meanwhile, a good qualitative relationship exists between TF value and stress rupture life of notched specimen. Especially, the area with maximum TF value (TF_max) is highly consistent with creep damage initiation region. Hence, based on the distribution characteristics of the initial tensile loading, a representative stress method independent of time -changing creep load at the location of TF_max is conducted for life prediction. The predicted results of both smooth and notched plate specimens and round bars agrees well with the experimental results.     

Non-isothermal creep age forming of Al-Cu-Li alloy: Experiment and modelling

Non-isothermal Creep Age Forming (CAF), including loading, heating, holding, cooling and springback stages, is an advanced forming technique for manufacturing high performance large integral panels at short production period and low cost. However, the creep deformation and aging precipitation during heating stage is often neglected in experiments and modeling, leading to low forming precision. To achieve shape forming and property tailoring simultaneously, a deep understanding of the non-isothermal creep aging behavior and the establishment of predictive models are urgently required. A new five-stage creep feature of Al-Cu-Li alloy during the non-isothermal creep aging is observed. The microstructural interactions between the dislocations, solute atoms, Guinier Preston zones (GP zones) and T₁ precipitates are found to dominate the five-stage creep aging behavior. The physical-based model considering temperature evolution history is established to describe the five-stage creep feature. The springback and yield strength of non-isothermal creep age formed plates with different thicknesses are predicted and compared by non-isothermal CAF experiments and corresponding simulations. The CAF experiments show that the springback and yield strength of the non-isothermal creep age formed plate are 62.1% and 506 MPa, respectively. Simulation results are in good agreement with experimental results. The proposed model broadens the application of traditional CAF models that mainly focus on isothermal conditions.     

[001]取向DD6单晶合金的薄壁试样持久性能与断裂行为

采用薄壁试样研究了温度为980℃、应力为250MPa条件下［001］取向DD6单晶合金的薄壁持久失效行为,结果表明:薄壁试样的持久寿命低于标准圆棒试样,表现出显著的薄壁效应。薄壁试样的厚度和持久寿命之间存在函数关系。薄壁试样持久断口边缘区域氧化严重,内部区域为微孔聚集型断裂,持久断裂模式为“表面氧化-裂纹萌生-扩展”和“内部蠕变损伤”共同作用,且试样越薄,表面氧化程度越大,持久寿命越短。