凝固界面形态对一种镍基单晶高温合金组织和性能的影响

 以平界面凝固的一种镍基单晶高温合金组织不含有γ/γ′共晶;而以脆状、粗枝以及细枝界面凝固组织中,γ/γ′含量渐次增多。随着凝固界面形态的转变,γ′尺寸越来越小,形状越来越规则。细枝界面凝固的单晶具有最高的持久寿命,粗枝次之,而脆状界面凝固的单晶具有最短的持久寿命。     

微量Si改善铸造TiAl合金定向层片组织持久性能研究

研究添加0.2%(原子分数)Si对定向层片组织TiAl合金持久性能的影响。实验表明,添加微量Si可显著提高TiAl合金800℃/220MPa条件下的持久寿命;800℃/300MPa和850℃/220MPa条件下,TiAl和TiAl-0.2Si合金持久寿命均明显减少,但微量Si提高TiAl合金持久寿命的作用却相对更大。组织观察表明,TiAl-0.2Si合金铸造组织中已有Ti5Si3型析出相,但仍具有层片组织取向一致的特征。根据持久实验前后及中间取样的组织对比分析结果,认为添加微量Si提高了层片组织的稳定性,从而减缓层片组织的退化、提高了TiAl合金定向层片组织的持久寿命。     

表面再结晶对单晶高温合金SRR99中温持久性能及断裂行为的影响

利用喷丸预变形,研究了表面再结晶对SRR99单晶高温合金中温持久性能及断裂行为的影响.结果表明,表面再结晶对单晶合金中温持久寿命影响很大,760℃ /785 MPa条件下,厚度约为103μm的再结晶层(约占试样横截面面积8％)使合金中温持久寿命下降了约90％.再结晶层几乎没有承载能力,基体承受的实际应力增大,是导致合金持久性能下降的主要原因.此外,再结晶层与基体界面处的缺口效应也会使合金的持久寿命进一步降低.760℃/785MPa条件下,未再结晶试样的微观断裂方式为微孔聚集型断裂与滑移剪切断裂共存的混合型断裂,而再结晶试样则以纯滑移剪切的方式断裂.     

磷阻碍氧沿晶侵入改善GH761合金持久性能的作用

在GH761合金中添加0.023%的磷,使合金在650℃,637 MPa条件下的持久寿命明显延长。采用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析等手段,分析了磷阻碍氧沿晶侵入改善持久性能的机理,结果是:持久试样的沿晶开裂是由氧化引起的,晶界氧化物中磷含量极低;磷在晶界上偏聚,可以阻碍环境氧的沿晶扩散,抑制表面裂纹的萌生和扩展,从而提高了合金的持久寿命。     

微量铈对Al-Li-Cu合金性能的影响

 本文探索了添加微量铈对Al-Li-Cu合金(2090)性能的影响,铈有延缓合金时效过程的作用;并能显著提高合金的持久寿命和抗蚀性。     

添加硼元素对Ni-25at%Si/Ti600接头组织性能的影响规律

以高温钛合金和自共晶镍硅合金为母材,使用额外添加硼元素的Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料进行钎焊连接,针对硼元素含量和钎焊对接头界面结构和力学性能的影响进行探究。通过对Ni-25at%Si/Ti-Zr-Ni-Cu+B非晶钎料/Ti600接头的界面组织结构进行优化实现钎焊结构性能的提升,获得质量良好的钎焊接头。研究结果表明,通过引入硼元素可调控钎焊过程,继而获得TiB晶须,这种晶须能对Ti₂Ni层产生复合强化的作用,进而使接头高温钛合金侧界面的残余应力明显下降,减缓接头开裂的速度,同时结合拔出强化方式对裂纹的扩展起到阻碍作用,从而提高接头的强度。1 213 K/10 min工艺条件下的镍硅合金/高温钛合金钎焊接头的平均强度高于不含硼元素增强的接头,达到84 MPa,同时确保在接头内部不会出现裂纹和孔洞,进而达到提升镍硅合金/高温钛合金钎焊接头质量的效果。     

第二代定向高温合金DZ6热处理研究

为了获得平衡的横纵向性能,二代定向合金Dz6的热处理工艺包括预处理、固溶和三级时效.1120℃的高温时效处理提高了DZ6合金的纵、横向持久寿命;同时,1120℃时效后的缓冷处理,使横向870℃/448MPa持久寿命由未经缓冷处理的36h增加至244h,延伸率由0.6%提高至4.5%;中温870℃/16h时效处理使合金纵向760℃/780MPa持久寿命比900℃/4h时效处理时提高一倍.热处理后γ'呈规则立方状,合金的晶界由γ'和析出的块状MC组成.以高温时效结合缓冷处理为特点的热处理制度,不但使DZ6合金的纵向持久寿命比铸态时提高一倍,而且还获得了良好的横向性能.     

硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度的测试与研究

设计了一种单纤维拔出试样制备方法,分析了单根硼纤维拔出特性;同时采用该方法分别测试了四种硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度。固化剂采用异佛尔酮二胺(IPDA)的硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度比采用二乙烯三胺(DETA)的提高了44.7%;采用液体丁腈橡胶(LNBR)改性环氧树脂的硼纤维/环氧复合材料界面剪切强度提高了97.7%~135%。     

涡轮盘持久及低周疲劳寿命可靠性评估

为评估涡轮盘持久及低周疲劳寿命可靠性,考虑涡轮盘材料及载荷的分散性,采用响应面法与蒙特卡洛法相结合的方法,建立涡轮盘持久寿命可靠性分析模型。对给定中间以上状态工作时间400 h的涡轮盘进行持久寿命可靠度计算,并考察应力松弛效应对涡轮盘持久寿命的影响。在持久寿命可靠性分析的基础上,根据Miner线性累积损伤理论,对考虑蠕变损伤的涡轮盘低周疲劳寿命进行可靠性评估。结果表明,该涡轮盘满足400 h持久寿命、寿命安全系数1.5,及1 500周低周疲劳寿命、寿命安全系数2.0的使用要求。     

高温长期时效对一种镍基单晶合金拉伸和持久性能的影响

研究了高温长期时效对一种镍基单晶合金在室温条件下瞬时拉伸强度和在950℃/240MPa条件下持久性能的影响。结果表明:1000℃短期时效100h,合金室温拉伸强度σb与屈服强度σ0.2与时效前相比没有明显变化,时效超过500h后σb和σ0.2开始显著下降,时效超过1000h后,σb和σ0.2随时效时间延长下降幅度减小;短期时效100h和500h样品在950℃/240MPa条件下的持久寿命大幅度降低,延伸率快速上升,时效时间超过1000h后,持久寿命的下降幅度减小,合金的持久寿命与延伸率均趋于稳定。长期时效后γ'相形貌改变及γ/γ'相界面高密度位错网的破坏是时效后合金室温及高温持久性能持续降低的主要原因。     

GH4169合金晶粒尺寸与持久性能的关联性

以GH4169合金大规格棒材为研究对象,结合棒材的加工过程,利用OM、FE-SEM、EBSD和TEM等手段分析了该合金不同晶粒尺寸试样的持久性能。结果表明:在长时高温应力作用下,不同晶粒尺寸试样呈现不同的持久性能和不同的晶粒取向演变规律。发生变形至断裂的位置,晶粒尺寸较小时,部分〈101〉取向明显转向〈001〉或〈111〉取向,加上宏观变形协调性较好,促使应力集中得到有效释放,表现出较好的塑性;但细晶试样中更多晶界带来的扩散蠕变对高温强度不利,裂纹也容易在与〈111〉硬取向晶粒接邻的晶界处形核并扩展,降低持久寿命;此外,细晶试样的变形程度较大,应变主要集中于晶界处,且大角度取向差的含量较多,这些位置容易萌生裂纹而使寿命降低。     

Al－Al_3Ni自生复合材料的高周疲劳损伤断裂机制及其应力比的影响

实验观察和研究了Ａｌ－Ａｌ３Ｎｉ自生复合材料的高周疲劳损伤断裂行为以及应力比Ｒ的影响,结果显示在Ｒ＝－１疲劳过程中孔洞沿界面区基体的优先萌生、联接和扩展是其损伤断裂的主要机制;并且发现Ｒ对疲劳寿命及断裂过程有明显影响,当Ｒ＝０时滑移带裂纹生长相对容易,寿命减小,而Ｒ＝∞时,裂纹集中在类似于压缩变形的宏观形变带内发展,寿命很长     

定向凝固涡轮叶片高温低周疲劳的破坏特点

针对几何形状完全相同但材料不同的两种涡轮叶片,采用相同的试验方法进行高温低周疲劳试验,普通铸造K403合金叶片和定向凝固DZ22B合金叶片却在不同的部位破坏,K403合金叶片在试验考核的榫齿部位断裂,而DZ22B合金叶片的榫齿在叶身根部断裂前均未出现裂纹.为了解释上述试验结果,展开了两类叶片试验条件应力场的有限元分析和...     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

纳米单晶氩机械拉伸性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩杆进行了机械拉伸变形和断裂的模拟研究。在拉伸过程中可以观察到原子位错,间隙的形成,裂纹的出现,以及后来的断裂分离等现象,与宏观的拉伸试样相似。MD模拟的拉伸试样的真实应力应变图显示,纳米单晶氩杆随着应变的增加应力略有增加,超过某一应变值后,应力急剧增加到最大值。随后,在加载速率较大时试样突然脆性断裂,在加载速率较小时应力却有一个突然的下降变负过程。这说明加载速率对材料的强度影响很大,当加载速度分别为2.16m/s和6.49m/s时,纳米单晶氩材料相应的断裂强度为2.6GPa和6.6GPa。纳米单晶氩材料在断裂前经历了一个较大的塑性变形过程,但其断裂方式却是完全脆性的。另外,纳米单晶氩材料在自由边界条件下充分弛豫后在垂直于拉伸的方向有轻微的收缩,不同于Al,Cu,Ni等具有FCC晶格结构的纳米单晶材料由于内力的作用引起轻微膨胀。     

Ni3Al基IC6返回料合金的显微组织与力学性能

利用带能谱的扫描电镜（SEM／EDS）和透射电镜（TEM）等分析手段研究了返回料添加比例对Ni3Al基合金IC6成分，显微组织及力学性能的影响。结果表明，返回料的加入对合金中主量元素的成分没有明显影响，但C，N含量随返回料加入比例增加而升高；除了在枝晶间析出了一些M6C碳化物颗粒外，IC6返回料合金的显微组织与新料合金没有明显差别；返回料的加入对IC6合金的室温拉伸性能几乎没有影响，高温持久性能略有下降，冷热疲劳性能明显恶化。建议在实际生产中返回料添加比例不超过50％。     

镍基高温合金蠕变裂纹扩展的微观力学分析

光滑和预制裂纹的高温合金试件的应力持久寿命的实验结果说明,预先存在的小裂纹,严重地降低高温合金构件的应力持久强度和寿命。 扫描电镜和金相照片分析说明,裂纹沿晶界孔洞扩展。根据孔洞增长和与主裂纹顶端会合的微观力学分析,用蠕变J积分参量和裂纹张开位移速率推导出蠕变裂纹扩展公式。GH_(33A)高温合金的实验数据论证了上面的断裂力学分析。     

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。     

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.     

燃烧固体药柱内腔表面的典型裂纹及其力学行为

根据燃烧环境中高装填固体推进剂药柱内应力的分布特征,提出了药柱内腔表面的两种典型裂纹, 即横向表面裂纹和纵向表面裂纹, 并分别采用方坯药柱和圆盘药柱表面预制的裂纹进行了模拟。比较燃气作用下两种药柱的有限元分析结果, 明确了挤裂模式对于燃烧环境中固体药柱表面裂纹问题的适用性。这些结论与实验观测现象非常吻合, 对实际发动机工作环境中固体药柱表面裂纹的力学行为预示和故障分析有着重要的指导意义。