粉末高温合金粘塑性试验评定与本构模型参数估计

 开展了粉末高温合金 FGH95 550℃、600℃和 650℃等 3种温度下控制应变率单向拉伸试验和 550℃下循环加载试验研究,结果表明 :600℃以下,快、慢应变率时,5%的试验应变范围内应力—应变曲线都一直上升,不存在应力饱和现象,热恢复效应不显著;但 650℃下慢应变率时则存在较明显的应力饱和现象,反映出在此条件下必须考虑蠕变效应。温度越高应变率对 FGH95的拉伸力学性能影响越明显,但总的说来是一种应变率不甚敏感的循环硬化材料。最后,在试验的基础上建立了 FGH95的 Bonder-Partom统一弹-粘塑性本构模型,理论与试验吻合较好,表明该模型能够模拟 FGH95的应力-应变关系曲线、应变率响应特性以及循环硬化特性,从而为 FGH95粉末高温合金构件的高温应力分析打下了基础。     

Ni3Al基单晶高温合金蠕变本构模型

结合Ni3Al基单晶高温合金蠕变行为的细观机理,在晶体滑移理论的基础上,建立了描述Ni3Al基单晶高温合金蠕变行为的本构模型,并通过ANSYS提供的UPFs二次开发平台对所建立的本构模型进行了有限元实现。利用蠕变试验数据,结合遗传算法获取了两种Ni3Al基材料的蠕变本构模型参数。利用所建立的蠕变本构模型对两种Ni3Al基材料的高温拉伸试件进行了有限元模拟,与试验结果吻合良好。这表明在晶体滑移理论基础上建立的本构模型是合理的,并且能够较好地描述Ni3Al基单晶高温合金三个阶段的蠕变行为,具有一定的应用价值。      

镍基粉末高温合金FGH98流变曲线特性及本构方程

通过对第三代镍基粉末高温合金FGH98进行热模拟压缩实验,得到了不同温度(1050～1110℃)和不同应变速率下(0.01～1s-1)的真应力-真应变曲线.根据其特点分析了该合金的流变应力与温度和应变速率以及应变量的关系.由实验结果得出:该曲线呈典型的热激活特征,合金流变应力对变形温度和应变速率敏感.在此基础上选用Ar...     

镍基单晶合金弹塑性本构模型

Hill模型用于面心立方单晶的弹塑性变形,在描述屈服特性的晶向相关性时精度不高。考虑正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次项乘积构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据单晶合金的屈服特点提出了新的单晶合金屈服准则。用该屈服准则对DD3单晶合金的屈服应力进行预测,760℃时能很好地符合试验结果;与Hill屈服准则比较,预测精度显著提高。在此基础上,重新定义了适合新屈服准则的等效应力,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,采用等向硬化模型,建立了单晶合金的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵。对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力则退化为VonMises屈服准则和其相应的等效应力。      

新型镍基粉末高温合金的高温变形行为

采用Gleeble-1500热模拟机对新型第三代镍基粉末高温合金FGH98Ⅰ在不同变形温度(950~1150℃)及不同变形速率(0.0003~1s-1)下高温变形行为进行了研究,绘制了动态RTT曲线,并建立了合金的热变形本构关系。结果表明:合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,当变形温度≤1100℃、应变速率≥0.0003s-1时,其流变应力随应变量增加呈动态再结晶特征;在应变速率≤0.01s-1的高温变形条件下,其动态再结晶的开始时间与变形温度无线性关系;实验验证了采用考虑应变量的双曲正弦模型能较好地反映合金在热变形过程中流变应力的变化规律。     

对B-P本构模拟材料率相关塑性变形和循环硬化的改进

对Bodner-Partom统一黏塑性本构理论（B—P模型）进行了修正,改善了其对材料加载速率相关的黏塑性和循环硬化的模拟精度。改进模型包含两个各向同性硬化内变量：一个用于描述小非弹性应变范围内快速的各向同性硬化。另一个以缓慢的演化速率来表述大的累积非弹性变形,如循环硬化过程中非弹性应变累积。利用ABAQUS的用户材料子程序将改进模型编成有限元计算代码,通过对镍基合金Udimet 720Li率相关黏塑性特征的本构模拟对其进行了验证,并与B-P模型作了对比。结果表明改进模型能够以更高精度、更加灵活地对材料的非弹性力学行为进行建模。     

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。     

基于筏化的镍基单晶合金高温蠕变模型

采用应力法以及界面能法对不同取向的镍基单晶合金在950℃下的筏化类型进行了预测.上述两种方法的筏化预测结果一致,[001]取向为N型筏化,[011]取向为P型筏化,[111]取向不筏化.进一步,根据筏化预测结果以及晶体滑移理论,结合Kachanov-Robotnov（K-R）损伤演化公式,建立了一个镍基单晶合金蠕变模型,采用该模型并结合商用有限元软件Abaqus的用户材料子程序（UMAT）二次开发接口,对[001],[011]和[111]取向下的CMSX-4镍基单晶合金,在950℃,180~450MPa应力条件下的蠕变变形行为进行了模拟.该模型能够准确预测镍基单晶合金的筏化类型以及滑移系开动规律,更加符合材料的蠕变变形物理机制,因此模型可以对镍基单晶合金的高温蠕变曲线的第2,3阶段进行很好的模拟,并得到了试验的验证.      

一种用于材料高温蠕变分析的统一粘塑性损伤本构模型

通过应变等效假设在本文提出的具有过应力特征的统一粘塑性本构模型［５］中引入了描述材料损伤的内变量。并且给出了一个基于组合功密度概念的新的损伤模型。同以往的唯象模型相比，该损伤模型具有较明确的细观物理意义，能反映应变率和应力状态对损伤演化发展的影响。     

EBPVD制备镍基高温合金中γ′相的粗化

采用电子束物理气相沉积技术制备一种新型镍基高温合金薄板.并通过显微硬度计和透射电镜研究该合金在不同时效温度下室温显微硬度的变化以及γ′相粗化行为和形貌演化.结果表明,随着时效温度升高,γ′相的形貌按"台阶机制"由最初的近似球形颗粒逐渐粗化成规则排列的立方体形貌,符合体扩散控制的"Ostwald"熟化规律,粗化激活能为266.18kJ·mol-1.同时由于合金中γ′相的粗化,室温显微硬度不断降低,合金被软化.     

GH39合金拉伸应变硬化行为与断口形貌

采用不同应变速率(0.0001~0.1s-1)下单轴拉伸实验对 GH39合金应变硬化行为与断口特征进行了研究。结果表明：应变硬化指数在不同应变量下表现出多重性,真应力应变不完全遵循 Hollomon 对数线性关系。塑性变形开始阶段,应变硬化指数n为恒定;真应变ε在0.014~0.13,n随着应变的增加而增加,在此过程由于形成大量形变孪晶,孪晶与位错相互作用,硬化能力增强;随着应变速率的提高,材料的应变硬化指数略下降;在低应变速率时段合金的拉伸断口为延性断裂,随着应变速率的增加从韧窝状延性断裂向半解理断裂过渡。     

飞秒激光能量密度对镍基合金重铸层和加工效率的影响

以航空发动机叶片制孔为导向,结合飞秒激光对单晶镍基高温合金材料的非热熔性损伤阈值(Φth1)和热熔性损伤阈值(Φth2)特征,研究了飞秒激光能量密度(0Φ44.2J/cm2)对制孔重铸层和加工效率的影响规律。研究结果表明:在Φth1ΦΦth2时,镍基合金经飞秒激光加工后加工侧壁没有出现明显的重铸物;在ΦΦth2时,加工侧壁开始出现重铸物,并随着能量密度的增加,重铸层厚度增大。在试验结果的基础上,建立了飞秒激光单脉冲加工深度与能量密度的定量关系。能量密度越高,飞秒激光单脉冲加工深度越大,加工效率越高。     

镍基合金激光熔覆MCrAlY涂层基体裂纹的成因与控制

在分析激光熔覆涂层基体裂纹形成机理的基础上,针对采用激光熔覆技术在镍基合金基体上制备MCrAlY涂层存在基体裂纹的问题,提出了缓冷处理的止裂措施,研究了将熔覆后的涂层置于300℃下保温30min随炉缓冷和置于已预热至300℃的保温箱中随箱缓冷两种缓冷工艺对基体裂纹的控制行为.结果表明:镍基合金激光熔覆MCrAlY涂层基体裂纹主要是由于熔覆过程中的快速冷却所致;两种缓冷工艺均能有效地避免基体裂纹的产生,但保温随炉缓冷处理会引起熔覆层组织粗大、枝品特征明显等不良影响,而随箱缓冷处理涂层对熔覆层组织并未产生不良影响.     

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。     

FGH96亚尺寸粉末冶金盘低循环疲劳寿命可靠性分析及试验研究

本文首先介绍了亚尺寸粉末冶金盘的特点,接着采用一种适合于亚尺寸粉末盘寿命可靠性的预估方法,得到了考核部位的寿命概率分布并对参数敏感性进行了分析,最后对某亚尺寸粉末冶金盘试验件的低循环疲劳试验进行了研究。结果表明,本文采用的寿命可靠性预估方法是切合实际的。     

微量元素C和Mg对一种镍基高温合金组织和力学性能的影响

通过对微量元素C,Mg含量的调整,来研究C,Mg元素对一种镍基合金组织及性能的影响,结果表明:C含量不足时,合金组织中碳化物数量少,在合金组织中分布不均匀,合金持久性能较低;而适量提高C含量,碳化物均匀分布,持久寿命明显提高.Mg元素含量低时,不影响合金的组织,合金的力学性能没有明显改变;而当Mg含量过高时,晶界碳化物粗大,合金冲击韧性aK值较低,拉伸塑性也降低;当加入最佳Mg含量时,碳化物得到充分细化,晶界碳化物呈粒状分布,合金的aK值和拉伸延伸率δ值显著提高.     

高超声速弹性飞行器后体/外喷管建模与分析

考虑到全尺寸吸气式高超声速飞行器的机体弹性弯曲振动极易被激发,提出了一种包含机体弹性弯曲影响的外喷管建模和分析方法.该方法首先用虚拟激波膨胀波法确定剪切层的位置,然后用影响系数法求解外喷管中的准一维流,并用活塞理论修正后体下表面的压力.用该方法对一个全尺寸吸气式高超声速飞行器的后体/外喷管进行了仿真分析,结果表明,仅考虑低频、小振幅的后体弹性弯曲运动对外喷管性能的影响并不显著.     

深空探测器飞行动力学计算与参数优化分析

根据航天(宇航)动力学理论,建立了深空探测器在空间复杂力场作用下的动力学方程;编制了探测器与空间各星体间相对位置和相对运动的管理软件;对空间各星体的引力进行了实时分析与计算;并以土星探测器为例,研究了其飞行参数的优化设计以及飞行轨道的计算机仿真。仿真结果与国外某土星探测器的飞行轨道及飞行时间基本吻合,从而证明所建立的计算模型是正确的,数值计算方法和程序是可行的。