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。     

大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料的润湿性和显微组织

用一种含Al,Ti元素的镍基钎料粉末与γ’相沉淀强化型镍基高温合金FGH95的粉末混合,制备了大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料。实验表明,采用合适的混合比例,混合粉状钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢具有较好的润湿铺展性。该混合钎料所获得的钎缝金属的合金化效应显著,Al+Ti合金元素的最大含量达到了5.49%。焊态钎缝中,除Nb,W等个别元素外,其他主要强化元素无明显偏析,且经1180℃/4h扩散处理可消除合金元素的偏析。钎缝金属的组织状态较为均匀,基体为等轴γ固溶体枝晶,枝晶间分布有颗粒状、短条状的化合物相以及少量的γ+γ’共晶组织。另外,在γ固溶体中分布着大量弥散细小γ’沉淀强化相。     

定向凝固镍基高温合金缺口低循环疲劳性能及寿命预测

针对定向凝固(DS)镍基高温合金DZ125开展了850℃条件下不同缺口形式和不同理论应力集中系数(Kt)下的低循环疲劳(LCF)试验研究.利用弹塑性有限元分析缺口根部的应力应变场,并将传统临界距离理论(TCD)及其Kt修正形式引入SWT参数,以此开展缺口试件LCF寿命预测研究.结果表明:高温LCF强度同缺口几何形状关联不大,但具有强的Kt相关性;无论是将尖锐缺口试件作为校准试件还是对临界距离进行平均处理,传统TCD的点方法(PM)及线方法(LM)其寿命预测大于5倍分散带,且预测能力同缺口应力集中程度相关;改进TCD的点方法和线方法可得到小于2倍的分散带,且其预测精度与缺口几何形状无关.由于SWT参数可考虑平均应力(应力比)影响,故根据光滑试件和某Kt下缺口LCF试验数据便可以采用改进TCD预测其他缺口试件在不同应力比下的疲劳寿命,其应用简单、方便.     

粉末高温合金等温成形模具升温热负荷分析

通过建立粉末高温合金盘件等温成形模具的有限元分析模型,对Ni-11Co-17W-6Al-8Ta合金模具的升温参数进行了优化。研究结果表明,在升温速率0.1～0.5℃/s内,模具升温过程中表现出的应力峰值较低。升温过程中的阶段保温时间在2～4h,热应力缓失效果最佳,而当该时间大于4h时,热应力下降的后期速度显著降低,保温作用对应力的影响减小。在升温制度0.1℃/s,2h下有限元模拟的温度场和应力场结果显示,模具的外表面以及型面过渡区域出现应力集中现象,且应力-时间曲线显示该区域应力在升温过程中波动幅值较大。然而,1050℃和1100℃下的疲劳试验结果表明,以上区域的热负荷对裂纹扩展的影响较小。     

Ni-Co-Al合金非连续沉淀相变及其对合金力学性能的强韧化作用研究

多元合金中非连续沉淀(Discontinuous Precipitation,DP)的出现通常被认为对力学性能有害。最近研究表明,Ni-Co-Al合金通过非连续沉淀析出过程可以形成双相层状纳米结构,实现“类珠光体型”的强化效果。为了进一步探究非连续沉淀对Ni-Co-Al合金力学性能的影响,总结并讨论了在不同合金成分和热处理条件下,Ni-Co-Al合金的显微组织及力学性能的变化规律。结果表明,Co元素含量的增加以及时效温度的降低有利于非连续沉淀析出,而且接近完全转变的DP组织能有效地提高Ni-Co-Al合金的强度和塑性。通过理论模拟、显微结构表征和力学性能分析,讨论了非连续沉淀的析出行为以及该反应对Ni-Co-Al合金力学性能的强韧化作用机制,指出该处理方法为镍基高温合金的强韧化研究提供了新的思路。     

变载条件下镍基单晶合金蠕变本构建模方法

针对镍基单晶合金在变载条件下的蠕变计算问题,基于"等损伤"假设提出了一种用于变应力/温度条件下的硬化准则,并与耦合损伤的蠕变模型相结合.采用Arrhenius对数关系式对蠕变应变速率进行温度内插,使之能够用于给定温度范围的蠕变计算.将上述蠕变模型编写为ABAQUS/UMAT用户子程序,利用DD3,CMSX-4,DD6和...     

考虑小裂纹特性的裂纹扩展数值分析方法及实验验证

为了对工程断裂关键件进行全面的损伤容限分析,需要发展一种能够考虑小裂纹阶段的疲劳裂纹扩展数值分析方法。在Paris公式的基础上基于镍基粉末高温合金小裂纹扩展行为特点,提出了一种小裂纹加长裂纹阶段的裂纹扩展物理力学过程描述,并以此建立了裂纹扩展速率模型。同时考虑到工程应用,将该模型通过FRANC3D软件的用户子程序,与有限元方法结合,构建了一种可分析实际工程结构例如航空发动机涡轮盘上疲劳裂纹扩展的数值分析方法。针对带初始缺陷的FGH96合金标准试棒进行了裂纹扩展数值分析,并与开展的裂纹扩展寿命实验进行了对比。数值计算结果与实验结果吻合较好,表明该方法能够充分考虑小裂纹阶段的裂纹扩展行为特点,适用于分析工程结构疲劳裂纹扩展的全过程。     

Electrolytic Passivation of Nitinol Shape Memory Alloy in Different Electrolytes

The corrosion behavior of the nitinol alloy was studied in various corrosion media of different Cl^- ion concentrations. The results demonstrate that the Cl^- ion concentration has significant influences on the corrosion behavior of the nitinol alloy. In order to enhance the corrosion resistance, protective films were generated on the surface of the nitinol alloy by means of the electrochemical passivation method, for which five different electrolytic solutions were investigated. The surface analysis indicates full growth of all samples passivated in the different electrolytic solutions with layers, however, showing different morphological features. Without any defects like micro-cracks and pores, the surface of the samples passivated in the molybdate solution turns out smoother and denser than those passivated in other solutions. It is shown that the electro-chemical passivation will reduce Ni content but increase Ti content in the surface, reaching the Mole ratio of Ti：Ni = 9.01：1 on the outermost surface. Potentiodynamic polarization test demonstrates that the samples electrochemically passivated in the molybdate solution present a significant increase in breakdown potential due to titanium enrichment on the outermost surface.     

镍基单晶DD3涡轮叶片蠕变寿命晶向相关性分析

基于三维正交各向异性弹性有限元分析和晶体滑移理论，分析了单品涡轮叶片在其工作状态下的应力状态和蠕变寿命与叶型积叠线方向的晶体取向偏角、随机取向的晶向角之间的关系。分析结果表明：叶型积叠线方向的晶体取向偏角和随机取向的品向角，对单晶叶片的应力状态和蠕变寿命具有较大的影响，但二者对叶片蠕变寿命的影响规律是不同的。充分利用品体取向偏角和品向角，在不增加叶片重量的前提下，有利于进一步发掘材料潜力。因此对单晶叶片的晶向进行优化设计，具有重要的工程应用价值。     

镍基单晶合金涡轮叶片蠕变分析的MARC用户子程序开发

基于通用有限元软件MARC开发了用于模拟单晶合金材料蠕变性能的用户子程序CRPLAW。该子程序采用经典Norton蠕变本构方程，可以模拟单晶材料在不同温度和不同取向下的蠕变性能。利用CRPLAW对镍基单晶叶片进行蠕变分析，得到了较为满意的结果。通过修改蠕变参数，CRPLAW也可以用来模拟其它晶体合金的蠕变性能。