单晶高温合金弹性模量和泊松比测试方法的现状分析

针对单晶高温合金等材料弹性常数表现出的各向异性特点,归纳了现有用于单晶高温合金弹性模量和泊松比的两种主要测试方法:静态法和动态法。分析单晶高温合金弹性模量和泊松比的国内外研究现状,总结目前国内外研究中存在的主要问题及可行的解决途径,并指出:单晶高温合金弹性模量和泊松比测试缺乏专门的测试标准;相比国外,国内在测试与表征技术研究方面还存在明显的差距,工程应用中往往忽视晶体取向对弹性模量和泊松比的影响,因此有必要针对现有的测试标准和方法对测量单晶高温合金弹性常数的误差影响进行评估,制定适用于单晶高温合金的测试标准。同时,详细阐述在考虑晶体取向的影响下,通过对晶体取向指数与弹性模量的线性回归分析,建立单晶高温合金DD6材料弹性模量和泊松比与晶体取向的定量关系的过程。     

激光冲击波对单晶合金抗热腐蚀性能的影响

针对镍基单晶高温合金叶片服役时受高温腐蚀工作环境影响极易疲劳断裂问题,研究了不同激光冲击次数下激光冲击强化对单晶合金抗热腐蚀性能的影响。利用显微硬度仪测量激光冲击前后合金纵截面的显微硬度;借助扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）观察和分析腐蚀层表面及纵截面的微观组织,并结合X射线衍射仪（XRD）确定腐蚀层表面相结构。实验结果表明：经激光冲击强化后,合金表面显微硬度和截面硬度影响层深度均随激光冲击次数的增加而增大;在短时热腐蚀实验中,当激光冲击次数增加到1次、2次、3次后,合金腐蚀最大单位面积增重量分别从未冲击合金的2.87 mg·cm^-2降低到2.17、1.81、1.10 mg·cm^-2,腐蚀层深度分别从91μm降低到65、41、27μm,且表面腐蚀坑的尺寸、深度和数量明显下降,保护性氧化膜致密性得到提高。所得结果表明激光冲击强化能有效提高900℃/75%Na₂SO₄-25%NaCl盐膜条件下单晶合金的抗热腐蚀性能。     

DD5镍基单晶高温合金缓进磨削力和温度实验研究

涡轮叶片榫齿缓进磨削过程热力载荷效应对成型表面质量具有重要影响。基于实验研究磨削参数对DD5 单晶高温合金磨削力和温度的影响规律,分析缓进磨削力和温度形成机理,构建 DD5 缓进磨削力、温度与磨削工艺参数的映射模型并进行验证。结果表明：DD5 缓进磨削深度对磨削力和磨削温度的影响最为显著,砂轮线速度次之,工件进给速度对其影响最小;随着砂轮线速度的增大,磨削力降低、磨削温度升高;随着工件进给速度和磨削深度的增大,磨削力和磨削温度均呈升高趋势;满足材料去除速率的前提下提高工件进给速度并降低磨削深度,可以避免 DD5 磨削表面出现较大的磨削热力耦合影响层。     

DD6 单晶合金涡轮叶片排气窗裂纹分析

针对DD6单晶合金涡轮叶片在试车一定时数后发生的排气窗裂纹故障,通过裂纹特征观察、断口形貌对比、金相组织检查、化学成分分析和微裂纹模拟试验等方法,进行裂纹性质及产生机理的研究。结果表明:叶片排气窗裂纹性质为疲劳裂纹,起源于间隔墙转接部位再结晶晶界处的微裂纹;试车时振动应力的作用使微裂纹扩展;间隔墙部位的再结晶晶粒在试车前已经存在,与过大的铸造残余应力有关,再结晶检验时腐蚀液侵蚀再结晶晶界形成微裂纹;在叶片铸造时,型芯强度对间隔墙再结晶有明显影响,型芯的强度越高,产生再结晶的几率越大。     

DD3单晶粘塑性行为实验研究

介绍ＤＤ３单晶粘塑性行为实验研究的部分结果。实验分别在７００℃，８５０℃，９５０℃三种温度下进行，实验项目有等应变率拉伸，等应力蠕变和控制应变幅的等应变塑塑性循环，试验发现，单晶ＤＤ３的屈服特性随温度、应变率、晶向而变化。ＤＤ３单昌的蠕变变形有明显的三个阶段特性，蠕变曲线形状和蠕变寿命与晶向和温度相关，ＤＤ３单昌在高温下存在循环塑性软化现象，这是由于塑性功损伤引起弹性模量下降造成的。ＤＤ３单晶的临     

铝氢脆破坏微观机制的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟了铝单晶、双晶及其含氢模型在拉伸条件下的力学特性。根据模拟结果,讨论了氢导致铝材料脆化破坏的微观机理。研究表明:铝单晶、双晶中的氢降低了铝的抗拉强度,且力学性能随氢含量的升高而降低;应力条件下晶体内部的氢原子会产生偏聚和富集,在富集处铝原子更易发生位错,产生空穴,诱发脆断;和同等条件下的铝单晶相比,铝双晶对氢脆破坏更为敏感。     

考虑应力松弛的单晶涡轮叶片蠕变疲劳寿命预测

建立了民用航空发动机单晶涡轮叶片考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命预测方法,该方法在热弹性蠕变有限元计算基础上,综合单轴等应变松弛模型及多轴应力修正因子预测全寿命周期内的应力松弛历程,应力下限取为一次应力.利用综合时间硬化隐式蠕变方程描述蠕变变形,结合损伤雨流计数法及Morrow方程计算疲劳损伤,基于Robinson法则的分段损伤线性累积方法计算全寿命周期内的蠕变损伤,总损伤达到临界损伤时获得蠕变疲劳寿命.通过对公开的单晶材料蠕变疲劳数据的分析,临界损伤定为0.5.结果显示,考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命是不考虑应力松弛的45.6倍.为保证可靠性而兼顾经济性,叶片寿命预测时,可先有限元循环加载n个循环,再利用所提出的方法预测2n个循环内的应力松弛历程.      

In-phase thermal-mechanical fatigue investigation on hollow single crystal turbine blades

Thermal-mechanical fatigue（TMF）is the primary cause of failure of nickel-based single crystal turbine blades.TMF experiments have been performed on the critical section which is subjected to the most serious damage and determined by numerical calculation combined with service failure experience.An experimental system including the loading,heating,air cooling,water cooling,and control subsystems,is constructed to satisfy the TMF experimental requirements.This experimental system can simulate the stress feld,temperature feld,air cooling process,and TMF spectrum on the critical section under service conditions in a laboratory environment.A metal loading device and a new induction coil are developed to achieve the required stress and temperature distributions on the critical section,respectively.TMF experimental results have indicated that cracks initiated at the trailing edge of the suction surface on the critical section.Based on these experiments,life prediction and failure analysis of hollow single crystal turbine blades can be investigated.     

新型航空材料及其结构的扩散焊

北京航空制造工程研究所扩散焊专业一直以来主要致力于新型航空材料的扩散焊技术研究,并在航空新结构的研制方面积累了丰富的经验。     

含铼单晶高温合金铝化物涂层的高温氧化行为

采用低压气相沉积法,在镍基高温合金DD32上制备铝化物涂层.涂层外层为β-NiAl,内层(扩散层)宽度接近外层,富集Re.在900℃,1000℃氧化500小时后,表面氧化膜为致密的α-Al2O3 和针状的θ-Al2O3,氧化动力学基本符合抛物线规律.氧化后的铝化物涂层外层为β-NiAl,有贫Al的Ni3Al沿晶界析出;内层(扩散层)母体为Ni3Al,并析出块状的富Re和W的化合物.