GH4169合金蠕变疲劳行为的有限元模拟及寿命预测

考虑蠕变-疲劳损伤,对部件材料进行合理的循环变形描述和准确的寿命预测,是保证航空发动机等高温设备长周期安全运行需要解决的关键问题之一。基于大型有限元软件ABAQUS,采用组合Chaboche随动强化准则和Voce各向同性硬化准则的循环弹塑性本构模型,叠加应变强化的蠕变本构模型,对GH4169合金在蠕变-疲劳载荷下伴有应力松弛的循环变形行为进行了准确的有限元模拟。同时,将Wang等最新修正的基于逐周次概念的蠕变-疲劳损伤模型进行了有限元移植,结合有限元模拟所得的循环应力、应变状态,实现了对GH4169合金蠕变-疲劳寿命的准确预测。研究结果将为进一步实现对航空发动机关键部件精确的寿命预测提供理论基础和技术手段。     

Simulation and experimental investigation of inner-jet electrochemical grinding of GH4169 alloy

GH4169 alloy is one of the most commonly used materials in aero engine turbine blades, but its machinability is poor because of its excellent strength at high temperatures. Electrochemical machining (ECM) has become a common method for machining this alloy and other difficult-to-machine materials. Electrochemical grinding (ECG) is a hybrid process combining ECM and conventional grinding. In this paper, investigations conducted on inner-jet ECG of GH4169 alloy are described. Two types of inner-jet ECG grinding wheels were used to machine a flat bottom surface. The machining process was simulated using COMSOL software, and machining gaps under different machining parameters were obtained. In addition, maximum feed rates and maximum material removal rates under different machining parameters were studied experimentally. The maximum sizes and the uniformity of the distributions of the gaps machined by the two grinding wheels were compared. The effects of different applied voltages on the machining results were also investigated.     

等温锻造FGH96合金超塑性研究

对等温锻造FGH96合金的超塑性进行了研究.研究表明,FGH96合金在变形温度为1050℃和1100℃,初始应变速率ε0为1×10-2s-1～1×10-3s-1的拉伸变形条件下,均呈现出较好的超塑延性.在变形温度为1050℃,初始应变速率为1.67×10-3s-1时,合金超塑延伸率均可以达到825%.微观组织分析表明,FGH96合金超塑拉伸的断裂主要原因是空洞的长大和连接.     

镍基高温合金GH4169电解加工ηω-i曲线测定

对GH4169电解加工ηω-i内在规律进行了试验研究，通过测量和计算，得到了准确的删及ηω-i的特性曲线，试验结果显示了它与电解加工普通材料所得到的ηω-i曲线规律有着明显的区别——不存在截断电流密度，不能用以往的规律来研究GH4169这种材料，应当考虑电解液与加工材料的匹配。     

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。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

FGH95合金连续冷却条件下γ′相析出过程的研究

研究了FGH95粉末高温合金的平衡γ′相含量与温度的关系,得到了连续冷却条件下合金的γ′相平均粒径与冷速的关系,并分析了γ′相的析出规律.研究指出,在连续冷却条件下,γ′相的析出并非由扩散长大过程所控制,而很可能是由析出形核过程控制的.同时,FGH95合金淬火时,仅在1000℃以上需要保持较高的冷速,低于此温度,γ′相几乎不再粗化,并根据这一原则为FGH95合金涡轮盘的热处理过程选取了合适的淬火介质.     

SiO2非金属夹杂物对镍基粉末高温合金微观力学行为的影响

通过扫描电镜原位拉伸和原位疲劳实验,动态跟踪观察了SiO2类非金属夹杂物对FGH95合金裂纹萌生和扩展的影响规律.结果表明,在原位拉伸过程中,夹杂物处是裂纹萌生的择优位置,且沿与应力轴垂直或约45°向夹杂内部扩展.当主裂纹扩展到基体中之后,呈锯齿状向基体内扩展,但主裂纹所在平面仍与主应力轴垂直,其尖端变形带内有明显的滑移线出现.在原位疲劳过程中,主裂纹在夹杂物与基体界面处萌生,并在尖角应力集中处沿与主应力轴成45°向基体中扩展,随后沿垂直于主应力轴方向扩展至失稳断裂.夹杂物附近基体中的贫γ′相区,断口在两种加载条件下呈不同的断裂特征.     

预应变对GH4169 合金低周疲劳行为的影响

为了研究发动机构件在实际工作中受到的轴向拉应力作用下疲劳行为的变化,开展了发动机常用材料GH4169合金在拉伸预应变条件下的低周疲劳行为的研究,得出疲劳寿命随预应变增加的变化规律。从宏观和微观2方面分析预变形对材料低周疲劳行为影响的变形机制。最终为解决实际工程中构件断裂等问题提供技术支持,同时也为评估航空发动机构件在产生预变形条件下的寿命,确保安全使用提供技术支撑。结果表明:随着预应变量的增加低周疲劳寿命降低,组织内位错密度、孪晶数量均增加,裂纹扩展长度减小。     

GH4169G合金零件异常腐蚀区缺陷分析

针对生产中GH4169G合金零件低倍全面腐蚀时出现的异常腐蚀区,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能量散射谱,对正常区域和异常腐蚀区的宏观、微观组织形貌及化学成分进行了对比分析。结果表明,异常腐蚀区为白斑缺陷;虽然该异常腐蚀区离散分布着富Ca和富Mg的氧化物颗粒,但氧化物颗粒未见聚集,由此判断该缺陷为"干净"白斑。强度类比评估表明,带白斑缺陷零件可满足阶段性试验要求,且试验后分解检查未发现零件异常。