Ti-6Al-4V/ELI钛合金250℃裂纹扩展性能

高温环境下裂纹扩展性能是进行航空金属结构损伤容限设计的重要依据。本工作测定典型航空钛合金Ti-6Al-4V/ELI在两种温度(25℃和250℃)、三种应力比(0.06,0.5,–1)下的裂纹扩展性能;采用割线法处理实验数据,获得材料的裂纹扩展速率da/d N-ΔK曲线和da/d N-ΔK-R曲面,进行裂纹扩展性能对比分析;通过疲劳断口SEM分析高温和载荷联合作用对裂纹扩展性能的影响机理。结果表明:在相同的应力强度因子变程ΔK下,疲劳裂纹扩展速率da/d N随着应力比R的增加而变快;Ti-6Al-4V/ELI的高温断口表面可见氧化产物和大量二次裂纹,温度升高导致材料裂纹扩展过程逐渐由解理断裂向准解理断裂转变;氧化产物的加速作用和二次裂纹分支的减速作用共同影响材料的裂纹扩展性能,应力比R为0.5或0.06时,氧化加速和分支减速作用基本相抵,裂纹扩展受温度变化影响并不明显,拉压加载下应力比为R为–1时,二次裂纹受温度与载荷的充分影响密集萌生并深化,使得Ti-6Al-4V/ELI在高温环境下裂纹扩展速率慢于室温下扩展速率。     

钨渗铜材料高温力学性能与组织研究

从不同原料钨粉粒度和不同钨骨架密度的角度，研究其对于材料高温强度性能的影响，同时结合SEM断口形貌观察，研究材料在高温下的断裂机制。结果表明：(1)随着钨骨架密度的提高，材料的高温强度都相应提高，在一定的骨架密度范围内，高的骨架密度有利于材料高温强度的提高；(2)对于两种粉末原料的钨渗铜试样，在相近骨架相对密度的情况下，由于细晶强化的作用，细颗粒试样从800℃-1800℃的高温强度都明显高于相应的中颗粒试样；(3)对于钨渗铜材料，从800℃-1800℃的过程中，断裂形式由穿晶和沿晶断裂两种形式并存逐渐过渡到单一的沿晶断裂。     

TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的EB-PVD制备及组织性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm×0.4mm的TiAl/NiCoCrAl层板复合材料,并对其物相组成、断口形貌和室温力学性能与TiAl单层材料进行了对比分析.结果表明,在TiAl/NiCoCrAl层板复合材料中,NiCoCrAl层主要由Ni3Al和NiCrCo组成,TiAl层由γ相、α2相和т相组成且未发现TiAl单层材料中看到的分层现象;TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强度和韧性都要高于TiAl单层材料,其断裂方式由沿晶脆性断裂转变为具有一定延性的穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂方式.TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强化机制主要为细晶弥散强化;该材料的韧化机制主要为裂纹的偏转、微桥接和弯曲增韧.     

AP/Al/CMDB推进剂的断裂特性实验研究

开展了关于AP/Al/CMDB推进剂在2mm/min拉伸速率下的断裂实验研究,利用CCD光学显微镜实时监测了裂纹的起裂与扩展过程,并阐述了裂尖材料的损伤演化机理;结合电镜扫描(SEM)技术对推进剂的断面形貌进行了表征,分析了大粒径高氯酸铵(AP)的微观结构演化机理;采用积分法获得推进剂的断裂能。结果表明:推进剂在起裂与扩展过程中裂尖区域材料存在明显的损伤现象,AP颗粒的脱湿行为主导着微孔洞和微裂纹的萌生、成核、长大、合并过程,表征着推进剂的断裂机理,并控制着推进剂的非线性断裂特性;采用积分法获得推进剂在2mm/min拉伸速率下的断裂能为1.765±0.025N/mm。     

高温合金疲劳裂纹扩展的冶金控制

涡轮发动机涡轮盘合金的低周疲劳寿命取决于疲劳裂纹的萌生和扩展。先进的净化熔炼技术可以改善合金的性能,减小缺陷的尺寸,从而得到新一代抗疲劳断裂的高强度高温合金。只有弄清高强度高温合金中产生疲劳裂纹的机理和显微组织与性能之间的相互关系,通过冶金方法控制疲劳裂纹扩展才有可能。控制合金抗高温疲劳的许多冶金参数现已弄清。对于所有高γ′含量的高温合金,最有效的冶金控制方法是在γ′溶解度线以上温度进行固溶处理后控制冷却速度,以改善晶粒边界的显微组织。冷却时,在晶粒边界发生的沉淀反应产生锯齿形的组织,这种组织有良好的抗疲劳裂纹的应力-氧化腐蚀性能。     

超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的制备及其性能

以碳纤维为增强体,聚碳硅烷和聚烷基铪为前驱体,采用前驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备C/Si C-HfC复合材料,将其与同种工艺所得C/SiC复合材料进行对比评价分析。发现C/SiC-HfC复合材料具有较低密度和较好的高温力学性能,且在1 650℃静态氧化实验中,含有HfC的基体对纤维具有更佳保护效果。C/SiC-HfC密度约为1.92 g/cm~3,常温弯曲强度为345 MPa,1 800℃高温无氧环境弯曲强度可达424 MPa。C/SiC-HfC复合材料表现出更加优异高温力学性能是由于HfC组分的添加抑制了SiC晶粒的生长,降低了基体内部较大裂纹产生的概率。在1 650℃空气环境下,含有HfC的基体对纤维具有更佳保护作用,主要是由于HfC组分的添加使材料表面的SiC及时氧化成SiO_2,SiO_2在纤维和基体表面形成包覆层,防止了材料内部的进一步氧化。     

表面再结晶层对DZA定向凝固合金低周疲劳性能影响

针对DZ4定向凝固合金表面再结晶层对材料性能的影响进行了低周疲劳实验研究,并通过岛津SEM伺服疲劳试验机进行表面裂纹实时观察跟踪.研究结果表明,表面再结晶层的存在对材料性能明显产生负面作用,低周疲劳寿命大大降低.不同喷丸强度试件在相同的高温退火条件下形成的再结晶具有不同的再结晶形态,高喷丸强度再结晶更加完全,晶界清晰平直,晶粒有长大的趋势.表层再结晶形态也对疲劳寿命的降低程度以及疲劳微裂纹萌生寿命和裂纹密度有较大的影响.较高喷丸强度形成的再结晶层的试件疲劳寿命降低较少,表面微裂纹萌生较晚,裂纹密度也很低.低喷丸强度试件表面微裂纹大量萌生,密度非常高.再结晶层的晶界开裂是导致表面微裂纹大量萌生的根源,从而导致疲劳寿命大幅度降低.     

FGH95粉末盘材料热/机械疲劳和等温低周疲劳断裂行为研究

对粉末冶金盘材料 FGH95进行了同相位 ,温度循环为 3 5 0℃到 60 0℃的热 /机械疲劳试验和 60 0℃的等温低周疲劳试验。考察了两种载荷波形下材料的循环应力响应行为和高温疲劳断裂机理以及载荷波形对疲劳寿命的影响。研究结果表明 :同相位热 /机械疲劳寿命比上限温度的等温低周疲劳寿命短。该材料在高温应变疲劳的循环应力响应行为与应变水平的大小以及循环载荷波形有关。试样的微观断口分析显示了在高温应变疲劳试验中同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤。在同相位热 /机械疲劳载荷下 ,穿晶 +沿晶断裂为疲劳断裂的主要特征 ;在等温低周疲劳载荷下 ,裂纹主要为穿晶萌生与扩展      

加入TaC对Ti3SiC2陶瓷材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备了含有20%TaC(质量分数,下同)的TaC/Ti3SiC2材料,并对其相组成、力学性能和抗氧化性能进行了研究。结果表明:(1)随着热压温度的升高,试样的致密度、弯曲强度和断裂韧度有所提高;(2)20%TaC/Ti3SiC2材料抗氧化性能优于纯Ti3SiC2材料和20%SiC/Ti3SiC2材料;(3)20%TaC/Ti3SiC2材料形成的氧化层分为两层,外层氧化物主要为TiO2,内层氧化物主要为TiO2、SiO2及TiO2与Ta2O5的共熔物。     

2D-C/SiC缺口试样的拉伸行为

研究了具有双边对称圆弧缺口（试样厚3 mm宽4 mm,缺口半径2 mm,缺口深0.6 mm）的二维正交编织C/SiC试样在室温空气中与高温真空下拉伸行;测量了拉伸过程中的应力、应变、初始模量和电阻;并用SEM观察断口.结果表明,2D-C/SiC材料除室温下缺口试样的拉伸强度低于光滑试样外,高温下两者基本相当,两者都随温度的升高变化也基本一致.高温下缺口试样拉伸强度与光滑试样相当说明,该材料对应力集中不敏感;室温时对应力集中敏感.缺口试样的断裂应变要远小于光滑试样的断裂应变.2D-C/SiC材料缺口试样基体裂纹开裂应力随着试验温度的上升逐渐增加.缺口试样的相当模量高于同一温度下光滑试样的弹性模量,两者都随着试验温度上升而增加,在1 100℃达最大值,然后开始下降.电阻表征的损伤大体上随载荷增加而增加,1 300℃和1 500℃条件下,较小载荷范围内有下降现象.从室温到1 500℃,所有断口中与载荷方向垂直的纤维束断裂面平整,平行于载荷方向的纤维束断面参差不齐.2D-C/SiC复合材料总体上仍属于脆性断裂,局部上有纤维或纤维束内小的纤维集团拔出,吸收了较多的能量,存在增韧机制.     

Investigation on surface roughness,residual stress and fatigue property of milling in-situ TiB2/7050Al metal matrix composites

For higher efficiency and precision manufacturing, more and more attentions are focused on the surface roughness and residual stress of machined parts to obtain a good fatigue life. At present, the in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites are widely researched due to its attractive properties such as low density, good wear resistance and improved strength. It is of great significance to investigate the machined surface roughness, residual stress and fatigue life for higher efficiency and precision manufacturing of this new kind material. In this study, the surface roughness including two-dimensional and three-dimensional roughness, residual stress and fatigue life of milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites were analyzed. It was found from comparative investigation that the three-dimensional surface roughness would be more appropriate to represent the machined surface profile of milling particle reinforced metal matrix composites. The cutting temperature played a great role on the residual stress. However, the effect of increasing cutting force could slow down the transformation from compressive stress to tensile stress under 270 °C. An exponential relationship between three-dimensional roughness and fatigue life was established and the main fracture mechanism was brittle fracture with observation of obvious shellfish veins, river pattern veins and wave shaped veins in fracture surface.     

铣削加工透波性Si3N4陶瓷表面质量研究

为了探索透波性Si3N4陶瓷铣削中加工表面创成机理及加工工艺参数对其影响规律,对加工表面形貌和边缘破损特征,以及加工参数与切削力、表面粗糙度、边缘破损的映射关系等开展了试验研究。首先对加工表面形貌进行了分析,由于存在陶瓷粉末去除和破碎性颗粒去除两种形式,造成加工表面形貌结构一种体现为变化平缓,而另一种包含微裂纹、层状结构体等,且存在凹坑、沟槽等缺陷。其次研究了边缘破损形式及产生机理,当刀具运动到出口棱边处,刀尖应力集中处将产生微裂纹,并向工件侧面扩展,从而在加工表面和加工侧面诱导形成边缘破损。最后基于均匀设计试验,分析了工艺条件对加工性能的影响。结果表明:随着切削深度从0. 2增加到0. 5 mm和切削宽度从1增加到4 mm时,x轴切削力呈耦合增长,y轴切削力呈二次方增长;当切削深度和切削宽度分别为0. 2 mm和1 mm、进给速度为500 mm/min时,加工表面粗糙度值最小;转速为2 000 r/min、切削深度和切削宽度最小时,边缘破损幅值最小。此结果可为提高透波性Si3N4陶瓷铣削加工质量提供技术支撑。     

Microstructure and Mechanical Properties of In-situ Synthesized Al2O3/TiAl Composites

Al2O3 particle-reinforced TiAl composites are successfully reaction-synthesized from the powder mixture of Ti, Al, TiO2, and Nb2O5, using the hot pressing reaction synthesis technique. The microstructure and mechanical properties of the as-sintered products are investigated. It is found that in the as-sintered products consisting of γ-TiAl, α2-Ti3Al, Al2O3, and NbAl3 phases, the fine Al2O3 particles tend to disperse on the grain boundaries. With the Nb2O5 content increasing, the grains are remarkably refined and the Al2O3 particles are dispersing more uniformly in the TiAl matrix, forming a partial lamellar structure containing α and lamellar phases. The hardness of the in-situ composites increases gradually, and the bending strength and the fracture toughness of the as-sintered products reach the maximum value of 398.5 MPa and 6.99 MPa·m^1/2, respectively, as the Nb2O5 content increases to 6 wt%.     

激光焊接ZL114A/5A06 异种铝合金接头组织及性能

采用激光焊接ZL114A/5A06异种铝合金,通过参数优化以获得性能优良的焊接接头,利用光学显微镜(OM)、拉力试验机、高温疲劳试验机、SEM和EDS对接头的显微组织、力学性能和拉伸断口进行了研究。结果表明:焊缝中心区的金相组织为等轴晶;接头焊后不经热处理,抗拉强度可达到265 MPa,为母材强度的80%以上,并有很好的抗疲劳性能;断口分析显示断裂位置在ZL114A母材一侧的熔合线附近;在保证焊透的前提下,激光功率越小,晶粒越细小,接头强度越高。对框架蒙皮结构铝合金贮箱产品试验件进行了焊接,试验件达到了产品各项性能指标要求。     

High-entropy (La0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Yb0.2)2(Zr0.75Ce0.25)2O7 thermal barrier coating material with significantly enhanced fracture toughness

Poor fracture toughness leads to premature failure of La₂(Zr_0.75Ce_0.25)₂O₇ (LCZ) thermal barrier coatings in an elevated temperature service environment. A novel coating material, namely (La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Gd_0.2Yb_0.2)₂(Zr_0.75Ce_0.25)₂O₇ (LNSGY) based on the high-entropy concept, was successfully fabricated by solid-state sintering. The microstructure of LCZ and LNSGY was investigated by X-Ray Diffraction (XRD), Raman Spectrometer (RS), Transmission Electronic Microscopy (TEM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The fracture toughness of the LCZ and LNSGY ceramics was evaluated. The LNSGY has excellent high-temperature phase stability, and the grain size of LNSGY ceramic is smaller than that of LCZ ceramic at an elevated temperature due to the sluggish diffusion effect. Compared with LCZ (fracture toughness is (1.4 ± 0.1) MPa∙m^1/2), the fracture toughness of LNSGY is significantly enhanced (fracture toughness is (2.0 ± 0.3) MPa∙m^1/2). Therefore, the LNSGY can be a promising advanced thermal barrier coating material in the future.     

弯曲纤维对SiO2f/SiO2复合材料拉伸强度的影响

以SiO_(2f)织物作为增强相,采用循环浸渍固化工艺,制备了SiO_(2f)/SiO_2复合材料。在制备过程中,通过对SiO_(2f)织物进行模压处理,使SiO_(2f)呈现出不同程度的弯曲,测定了纤维弯曲后复合材料的拉伸强度,研究了纤维弯曲时复合材料的断裂过程。结果表明:弯曲纤维将导致复合材料的拉伸强度下降,最低拉伸强度仅为5.5 MPa,纤维弯曲时复合材料的断裂过程为逐层断裂,断裂应变增加,最大断裂应变达到1.19%。     

SiB6陶瓷的制备、性能及应用

文摘介绍了富硼化合物陶瓷的性能,SiB_6的晶体结构、热力学性质及几种主要合成和烧结方法,综述了SiB_6的抗高温氧化、力学、摩擦学、电学性能及其应用,提出了今后的发展方向。     

离子发动机羽流特性的数值模拟

离子发动机羽流中产生的交换电荷(CEX)离子返流会影响航天器的正常工作.建立离子发动机羽流模型,采用单元内粒子方法(PIC)对羽流场进行数值模拟计算.结合DS-1探测器飞行实验的测量结果,分析了卫星电势、电子温度、卫星几何尺寸、推力器工作特性等对相关因素对CEX离子返流特性的影响.结果表明:从推力器出口附近到卫星背面,CEX离子密度为108~1012m-3.当卫星电势从-15V变化到27V,测量点位置处CEX离子密度从0.65×1012m-3变化到1.5×1012m-3.羽流中CEX离子密度和电势结构随电子温度变化不大,但电势大小随电子温度成比例地变化.同一位置处不同工况下CEX离子的密度可根据CEX离子生成率与工作点参数间的关系式准确地估计.卫星安装推力器的表面起着对CEX离子返流屏蔽和降低的作用.      

Evaluation of the influence of a measurable parameter error on precision of determining αΣ and Tg* by regression models

We present the regression models for determining the total excess air ratio α_Σ and gas temperature T _g ^* upstream of the high-pressure turbine formed on the basis of the engine parameter values that are regularly measured. The sensitivity of the regression models presented to the sensor and instrumentation precision is studied. The errors of measuring and calculating α_Σ and T _g ^* in different altitude-speed engine operation conditions are shown.     

石墨烯/二氧化硅三维杂化材料的制备及其在改性酚醛泡沫中的应用

为了得到结构和力学性能良好的酚醛泡沫,利用原位生成的方法制备了石墨烯/二氧化硅(GNPs/SiO_2)杂化材料,并将其用于酚醛泡沫的制备当中。对杂化材料进行了红外光谱分析,透射电镜以及X射线衍射分析,验证了石墨烯表面SiO_2球体(粒径在150~180 nm)的存在。对泡沫的结构和压缩性能进行对比分析,发现三维杂化材料相比二维石墨烯能够更好的改善酚醛泡沫的泡孔结构,杂化材料为0.5wt%时,GNPs/SiO_2改性酚醛泡沫的泡孔尺寸更小,结构更均匀;同时杂化材料改性酚醛泡沫表现出更优异的力学性能,其压缩强度和弹性模量分别达到0.22和4.1 MPa,比纯酚醛泡沫分别提高了91%和86%。