晶向对DD3单晶叶片固有频率的影响

分析了晶向对某DD3单晶涡轮叶片固有频率的影响规律。用有限元法分析了该叶片的前 6阶静频和 4 5 0 0 0r/min工作转速下该叶片的前 6阶动频在上述晶向范围内的变化规律。通过分析发现 ,第二欧拉角对该叶片的低阶固有频率影响较大 ;而第一、三欧拉角对该叶片的高阶固有频率影响较大 ;当第二欧拉角为 0°时 ,叶片固有频率随第一或第三欧拉角增大而周期性变化 ,每 90°为一个周期 ;在高温工作状态 ,因存在由弹性模量下降引起的结构软化和由离心力作用引起的结构刚度加强 ,使叶片的动频在量值上与静频相当 ,且晶向的影响减弱。     

单晶高温合金中的碳化物演化及其作用的研究

研究了一种含微量(0.015%)碳的镍基单晶高温合金在热处理和持久过程中的碳化物演化机制以及各种碳化物对合金持久性能的影响.研究结果表明:含有少量碳的合金在枝晶间区域形成少量的MC碳化物;部分MC碳化物在合金热处理和持久试验过程中发生了由MC向M6C的碳化物转变;在较高温度的持久实验过程中,有立方形的二次M6C碳化物析出,在较低温度下,有二次M23C6碳化物共格析出,两者都起到阻碍位错运动的作用.与基体合金相比,含微量碳的单晶高温合金的持久性能较高.     

定向结晶及相应单晶材料弹性常数间的关系

使用解析法和有限元数值方法,对定向结晶镍基高温合金以及相应镍基单晶材料工程弹性常数值进行了研究。结果表明二者之间存在相当紧密的联系,其中的3项常数在理想状态下可以认为是对应相等的,并且,在已知其数值的情况下,可以通过解析法和有限元法计算出定向结晶材料的其余常数。根据计算结果,总结出2类材料弹性常数值的规律,提出了相应的建议。     

循环频率对CMSX—3单晶合金高温疲劳行为的影响

利用MTS材料试验系统和光学金相、SEM、TEM等分析手段研究了镍单晶高温合金CMSX－3的高温疲劳行为，重点探讨了循环频率对这种行为的影响。结果表明，循环频率的增加会导致合金高渐疲劳寿命的下降及不同的变形机制。     

DD6单晶涡轮叶片热机综合疲劳试验研究

针对涡轮叶片考核部位的寿命问题,介绍了DD6单晶涡轮叶片热机疲劳试验方法。通过设计感应线圈进行高频感应加热,实现某一工作状态下涡轮叶片考核截面温度场模拟,同时使用U型铁氧体精细调节温差;通过设计的二位移调节机构控制拉伸载荷,实现涡轮叶片考核截面由离心载荷和气动载荷引起的应力场模拟。在保证内冷空气流量的条件下,进行了DD6单晶涡轮叶片热机疲劳试验,实现了涡轮叶片寿命预测方法的试验验证,同时为工程设计提供了试验依据。     

镍基单晶合金叶片疲劳寿命预测方法研究

研究了3种针对镍基单晶合金各向异性低循环疲劳寿命建模的方法,分别为基于单晶合金弹性模量与晶体取向相关性的方法,与各向异性屈服函数相关的方法和传统滑移系的方法。对基于屈服函数的方法进行了修正以将其应用于单晶合金。利用公开文献中DD3单晶合金的低循环疲劳数据对修正的模型进行了验证,并对采用这3种方法得到的数据进行了比较。结果表明:修正的疲劳寿命模型和基于取向函数的寿命模型的预测结果与试验数据相比基本落在3倍分散带内,而采用基于滑移系的方法所得结果在4倍分散带内。基于屈服函数的修正模型和另外2种模型均可以较好地与3维有限元应力分析直接衔接,便于涡轮叶片结构级的寿命预测。     

单晶涡轮叶片高能束修复研究进展

单晶涡轮叶片高能束增材再制造是修复磨损、烧蚀和裂纹等损伤缺陷的主要方式,是航空发动机热端部件特种加工领域最具挑战性的工作之一,其中蕴含的外延生长组织接续与调控机制、内部冶金缺陷控制等科学问题和关键工艺尚未完全突破。梳理了熔焊熔池内凝固组织定向生长的理论发展,基于已有的枝晶异质形核和异向生长理论,构建了单晶高能束修复的基础原理框架;详细分析了“修复工艺-熔池特性-凝固组织”之间的内在关联,提出了保持单晶连续稳定生长的工艺调控准则和熔池监控方法;总结了修复区γ′相等微观组织以及热裂纹、气孔等冶金缺陷的演化规律和调控手段,凝练了单晶修复面临的主要挑战。此外,介绍了航空发动机热端部件再制造领域相关的国外重大研究计划,并对今后研究方向和发展趋势进行总结和展望。     

单晶叶片基体表面微裂纹成因分析

单晶高温合金是制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料,其优异性能主要来源于消除了与主应力轴垂直的晶界,而单晶材料中如果出现再结晶会显著降低其高温力学性能。为探究发动机单晶涡轮导向叶片试验后在叶身前缘下缘板R区产生裂纹的原因,利用视频显微镜、金相显微镜和扫描电镜等手段对裂纹截面组织进行宏、微观分析,明确了R区的宏观裂纹为抗氧化涂层裂纹,宏观裂纹附近的叶片基体存在由于叶片表面胞状再结晶晶界开裂所引起的微裂纹。结果表明：单晶叶片表面产生胞状再结晶主要与叶片抛光、吹砂等修整过程中引入的塑性变形及后续的钎焊工艺有关;抗氧化涂层的开裂促进了胞状晶晶界的开裂;通过对导向叶片的多个截面组织进行对比分析,发现高温能够加速胞状再结晶的晶界开裂。     

气膜孔倾角角度对单晶高温合金疲劳性能的影响(“两机”专刊)

为了研究气膜孔倾角角度对单晶高温合金疲劳性能的影响,设计倾角30°,45°,90°的14孔平板试样进行了同等应力水平下的高温疲劳试验,并对断裂后失效试件进行断口分析。基于晶体塑性理论,对不同倾角气膜孔平板件进行数值计算,分析孔边局部应力及损伤演化。结果表明,气膜孔倾角角度对疲劳性能影响显著,疲劳寿命90°>30°>45°,且45°倾角气膜孔孔边裂纹数明显多于其他两种。数值模拟显示,90°孔每个循环累积的应变相对较小,30°斜孔次之,45°斜孔最大,且 45°斜孔和 30°斜孔的棘轮应变累积速率明显高于直孔,30°斜孔的损伤和直孔的损伤较为接近,45°斜孔的损伤最大,数值分析与实验结果相一致。     

俄罗斯对两种镍基单晶合金的对比研究

在第二代和第三代单晶镍基合金中，如ＣＭＳＸ－１０及Ｎ６中都合有比较多的铼，而铼是一种很贵重的合金化元素。俄罗斯学者对含铼的Ｃ３６及不含铼的Ｃ４０单晶合金进行了一些对比性研究，本文介绍了研究的情况及结果。