GH4169合金惯性摩擦焊参数、组织和强化机制研究

研究了ＧＨ４１６９合金在不同的焊接参数下，惯性摩擦焊接头的显微组织及强化机制。研究发现，ＧＨ４１６９合金惯性摩擦焊参数特点是低转速、高压力和大惯量；焊缝中晶粒细化并在晶粒内部形成了稠密的位错结构；在焊缝中心部分，δ相绝大部分回溶，γ＂和γ＇相完全回溶；在ＨＡＺ，δ相、γ＂和γ＇相可保留下来；在焊态的接头中，细晶强化、位错强化和固溶强化是主要强化机制。     

孔挤压强化对2124铝合金疲劳寿命及微观组织的影响

采用疲劳试验、透射电镜、扫描电镜及X射线衍射仪等方法研究了2124-T851铝合金厚板不同参数孔挤压强化后疲劳寿命与显微组织的变化。结果表明：孔挤压强化后试样的疲劳寿命先随挤压量的增大而升高,随后又迅速降低,挤压量为0.4 mm时疲劳寿命达到峰值,较未强化增加12.66倍;组织观察结果表明孔挤压强化后,在孔壁强化层内形成了位错胞状结构和残余压应力,并且随挤压量增大先迅速增加然后趋于平缓,强化层的形成可以有效延缓疲劳裂纹的扩展速率;同时,适当的孔挤压强化可改善表面粗糙度,降低裂纹萌生几率,从而提高材料的疲劳寿命。     

GH169合金的相变研究

用常规透射电子显微术（ＴＥＭ），研究了高温合金ＧＨ１６９合金中相的转变行为和特点，确定了基体γ与第二相γ＂和δ相之间，以及γ＂与δ相间的取向关系。     

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。     

喷射沉积Ni3Al—Mo合金的位错结构分析

利用多功能雾化沉积装置制备了Ｎｉ－Ａｌ－Ｍｏ 系Ｎｉ３Ａｌ基高温合金。拉伸性能测试表明，喷射沉积Ｎｉ３Ａｌ－Ｍｏ 合金的屈服强度具有明显的“Ｒ”特性。利用ＴＥＭ 位错结构分析，阐明了合金微观结构与屈服强度之间的关系，研究结果表明，试验合金所具有的屈服强度随温度的变化规律主要是由不同温度下γ′及γ相内的位错缠结状况、位错对的形态及数量和六面体滑移系的开动程度决定的。     

孔挤压强化对超高强7055-T7751厚板组织性能的影响

采用挤压棒直接冷挤压的方法,对比分析了超高强7055-T7751铝合金厚板带孔试样孔挤压前后的疲劳寿命;通过透射电镜观察、扫描电镜观察以及X射线应力分析等方法,研究了7055-T7751厚板带孔试样的疲劳断口形貌特征、微观组织变化以及孔壁表层的残余应力场。结果表明,采用3%~5%的挤压量对7055-T7751厚板进行孔挤压强化可取得较好的疲劳强化效果,试件的疲劳寿命提高了33倍以上;孔挤压后的强化层深度约为7mm,最大残余应力出现在距孔边约0.5mm处,应力值为-554MPa。强化层内形成的位错胞状结构和残余压应力可有效延缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高试件的疲劳寿命。     

FGH95粉末镍基合金热处理后的微观组织与蠕变性能

通过进行蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95粉末镍基合金的微观组织结构与蠕变行为。结果表明：合金经高温固溶、盐浴冷却处理后,组织结构是由细小的γ’相弥散分布在γ基体所组成,其细小（Nb,Ti）C碳化物在晶内及沿晶界不连续析出。在试验的温度和施加应力范围内,合金表现出明显的施加温度敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=542．07kJ／mol和n=14．8。合金在蠕变期间的变形特征是孪晶和位错在晶内发生双取向滑移,其切入γ’相内的〈110〉超位错可分解形成（1／3）〈112〉超肖克莱不全位错＋层错的位错组态,发生孪晶变形的孪晶面为（111）晶面。晶界及沿晶界不连续析出的细小（Nb,Ti）C型碳化物可有效阻碍位错运动,是使合金具有较高抗蠕变能力的主要原因。     

微量Sc对TiAl基合金显微组织和力学性能的影响

采用透射电子显微分析和力学性能测试方法研究了微量 Sc对 Ti Al合金显微组织和力学性能的影响。结果表明 ,合金的室温抗弯强度和最大挠度均随 Sc含量的增加而下降 ,而合金的高温压缩强度却显著提高。 TEM观察发现 ,Sc的加入使 Ti Al合金中形成大量的呈薄片或颗粒状的 (Sc,Ti) 3 Al相。这种相沿α2 /γ和γ/γT 界面择优分布 ,且与界面位错有交互作用。此种结构组态可能是造成 Ti Al合金的室温性能下降的主要原因。而对于以界面间的滑移为主要变形方式的高温形变 ,由于界面间的滑移受到阻碍作用 ,合金的高温强度得以提高     

韧化处理300M钢的孔挤压强化机制

利用Ｘ射线衍射仪和ＴＥＭ等微观结构分析手段，探讨了韧化处理后３００Ｍ钢的孔挤压强化机制。研究结果表明，经孔挤压强化后，疲劳强度极限从σ０．１＝４１０ＭＰａ提高到σ０．１＝５３０ＭＰａ。其强化机制的来源是多方面的，包括在强化层内宏观残余压应力的产生，晶面的拉伸和压缩，晶格的弯曲和歪扭，位错密度的升高，胞状位错的形成，部分残余奥氏体向形变马氏体的转变，孔壁表面粗糙度的降低。当孔边承受交变应力时，由于以上强化机制的综合作用，从而提高了疲劳强度。     

TC21钛合金喷丸强化层微观组织结构及性能变化

采用透射电子显微镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪对TC21钛合金表面喷丸强化层内的微观结构和纳米压痕力学性能进行了研究。结果表明,TC21钛合金表面经喷丸强化后,在表层形成一个弹塑性变形层。强化过程中由于密排六方晶体的基面、柱面和锥面滑移系的开动,造成位错密度升高,α相中位错形貌呈现网状;强化前纳米压痕硬度为3.2GPa,强化后为6.7GPa,提高1倍以上。在强化层内形成很高的宏观残余压应力,并且表现为由表面向里逐渐减少的梯度变化。强化层深度达到370μm。     

变形条件对GH169合金的流动应力和显微组织的影响

 根据热加工模拟试验,GH169合金高温下的流动应力值比合金结构钢高得多,而且加工硬化明显。变形条件对其流动应力和显微组织有较大影响。在一定条件下,即使变形温度较高,也可获得细晶组织,变形后采用迅速冷却可细化晶粒。对于GH169合金可通过形变热处理有效地控制其显微组织。     

GH169合金涡轮盘锻坯加热过程数值模拟

 本文采用基于热平衡原理的有限差分法对GH169合金涡轮盘锻坯的加热过程进行了模拟。计算结果表明:坯料不包套,在加热的最初阶段,坯料内部将因温差大而产生较大的热应力,采用包套加热,加热时间将延长,但坯料内部温度均匀,因而可采用一段制加热,这样,能够缩短加热时间,改善锻件质量。     

含孔薄板孔边疲劳裂纹的萌生和扩展

 测试了 Ni基高温合金 GH41 69含孔薄板试件不同应力幅下的低周疲劳寿命,给出了孔边最大应力幅相同时,应力集中因子改变对试件疲劳寿命的影响。结合断口 SEM分析,探讨了应力集中条件下,疲劳短裂纹的萌生和扩展方式。试验结果表明,疲劳裂纹以滑移方式在孔壁与试样表面相交的棱上萌生;萌生期依赖于孔边应力幅的大小,与孔径无关。但疲劳裂纹扩展速率与孔边局部区域的应力分布有关。在孔边应力幅相同的情况下,孔边应力集中因子较大的试样裂纹扩展速率大,疲劳寿命分布带略低于孔边应力集中因子较小的试样。短裂纹阶段,疲劳裂纹以角裂纹的形式向内扩展;长裂纹阶段,疲劳裂纹以穿透裂纹的形式进行扩展。稳定扩展阶段疲劳裂纹以穿晶的韧性撕裂方式发展,但在靠近失稳扩展区域疲劳裂纹呈准解理断裂方式扩展。试验未观察到疲劳短裂纹群的连接与合并现象。     

GH169合金的锻造热力参数

在耗散结构理论和 DMM方法的基础上,提出一种确定锻造热力参数范围的方法,以获得组织和性能稳定一致的锻件。详细叙述了用所提出的方法确定 GH1 69合金锻造热力参数范围的过程,并提供了对研究 GH1 69合金锤上和压力机上锻造过程有实用价值的曲线 ;提出为获得优质 GH1 69合金锻件,以采用中等应变速率的设备和较低的锻造温度为宜     

GH4169合金直接时效锻造过程的数值模拟

直接时效（DA）锻造工艺已成为生产GH4169合金涡轮盘锻件的基本方法之一。但实施DA锻造工艺时,锻造过程的各个环节要求严格控制,而且要有足够吨位的设备。参照在压力机上实施DA工艺的终锻过程,用有限元变形-传热耦合分析方法对直径520mm和高度190mm的GH4169合金坯料在不同情况下的镦粗过程进行了数值模拟。大量计算结果表明,在压力机上实施DA锻造工艺时,为了获得优质GH4169合金涡轮盘锻件,应合理确定压力机滑块速度,尽可能改善润滑情况及适当提高模具预热温度。对于GH4169合金涡轮盘锻件,采用等温DA锻造工艺可能是最佳的选择。研究结果对于在国内的生产条件下实施GH4169合金DA锻造工艺具有指导作用。     

激光辐照30CrMnSiNi2A钢的微观组织与疲劳性能

对30CrMnSiNi2A钢带孔板和带槽板试样进行了不同工艺参数的激光辐照,并对辐照前后试样的疲劳性能、硬化层显微组织和硬度分布作了试验与分析。试验表明,不适当的激光工艺会导致疲劳寿命明显下降,显微组织和硬度分布不良。只有在适当的激光工艺参数辐照时,才能提高30CrMnSiNi2A低合金超高强度钢的疲劳寿命。     

孔边小裂纹生成与扩展

 孔边小裂纹扩展是小裂纹问题研究的一个重要方面,在工程上具有重大的应用意义。对于这类小裂纹扩展机制的分析目前还比较少。本文的目的是试图通过试验观测定性地了解孔边小裂纹扩展的特性,为深入的研究提供必要分析基础。     

盘用材料缺口特征尺寸对缺口强度的影响

现代航空发动机轮盘工况复杂,常常在榫槽、通气孔、螺栓孔等几何不连续处遭受破坏。这些几何不连续性特征可以视为广义的缺口,为了分析缺口附近几何特征尺寸对航空发动机轮盘复杂结构件抗拉强度的影响规律,基于典型盘用合金GH4169设计了双边缺口平板试样、双边不等缺口平板试样、不等厚双边缺口平板试样以及不等厚双边不等缺口平板试样进行试验研究。试验结果表明:缺口平板试样的应力集中系数与缺口抗拉强度存在一定的相关性,缺口抗拉强度无量纲化常数与应力集中系数的试验数据点存在一定的分布规律,二者的拟合曲线能很好地描述试验结果分布规律。包括GH4169、GH738和TC11合金等常用航空塑性金属材料在内的缺口平板试验数据点落在拟合曲线±10%以内的分散带内。     

孔排布局对叶片前缘气膜冷却的影响

采用放大的半圆柱状表面模拟涡轮叶片前缘的形状,对叶片前缘单排及两排圆柱形孔的气膜冷却效率进行了测量。试件表面交错地开有 6排孔,以驻点为起点,位置分别在± 1 5°,± 4 0°及± 60°处,各排孔的孔间距均为 3个孔径,孔轴线与表面在展向及流向的夹角分别为 30°及 90°,孔长与孔径比为 4。主要对比研究了 3种单排气膜孔不同孔排位、3种两排气膜孔不同孔排位及 1种三排气膜孔的布局对孔排下游冷却效率的影响。结果表明 :在同样二次流流量条件下,冷却效果好的单排孔位置依次为 60°,4 0°,1 5°,冷却效果最好的两排孔位置组合为 ( 40°,60°)。结果还表明 :在较大的二次流流量条件下,采用单排孔、两排孔或三排孔冷却方案对孔排下游的冷却效果影响不大;但在较小的二次流流量条件下,从冷却效果看,较好的孔排冷却方案依次为 :三排孔、两排孔及单排孔。实验参数范围是 :主流雷诺数 Re=4 2 0 0 0～ 1 2 70 0 0,平均吹风比 M =0.5～ 2.0     

TC1钛合金透射电镜组织研究

 用透射电镜研究TC 1 合金冷轧薄板在退火过程中精细组织的变化,揭示了位错组态与机械性能的关系。 试验用料为厚0.8mm的TC 1 钛合金冷轧板村,变形程度为33％,化学成分见表1。试验用退火温度见表2,退火保温时间为45min,采用普通电炉加热。退火后测定室温抗拉性能。