Nb＋Ni中间层对Ti2AlNb与GH4169扩散连接接头组织与性能影响

在950～1100℃,20MPa,20～120min的工艺条件下,添加厚度均为10μm的Ni+Nb为中间层,对Ti2AlNb与GH4169真空扩散连接工艺进行了研究.利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头截面和断口的成分和相组成进行了分析.结果表明,添加Ni+Nb做中间层能实现Ti2AlNb与GH4169良好的连接.在GH4169与Ti2AlNb之间生成6层反应层,自GH4169侧依次为:Fe-Ni-Cr固溶体,Ni3Nb,Ni6Nb7,残留Nb层、Ti-Nb固溶体、高铌O相.在剪切试验中,接头沿Ni3Nb层与Nb层之间的Ni6Nb7层断裂.在1050℃,20MPa,40min工艺条件下,剪切强度达到最高,为460MPa.     

高温合金材料螺孔加工技术研究

高温合金GH4169属镍基高温合金,是航天发动机高温系统中应用广泛的高温结构材料,但它的切削加工性能极差。如以相对正火状态45钢的切削加工性Kv=1来衡量,高温合金的切削加工性Kv=0.2~0.5,而镍基高温合金的Kv=0.2。其切削加工特点主要表现为强度高,塑性大,切削抗力大,冷作硬化严重,切削温度高,刀具在加工过程中磨损剧烈,以攻丝为加工最难点,小直径的螺孔用普通攻丝方法几乎无法加工,已经严重影响了公司的生产进度和产品质量。我们经过自己研究、攻关和与国内几所大学联合开发,特别是利用北京师范大学的离子注入技术,开发出加工高温合金螺孔的新型丝锥,现已用于公司的发动机生产,基本能满足公司的需要,解决了存在多年的高温合金的螺孔加工的难题。     

某燃气轮机高压压气机后轴颈电子束焊接

为了验证某燃气轮机后轴颈使用YZGH4169材料替代GH698材料的可行性,特针对YZGH4169材料电子束焊接接头的室温拉伸、高温拉伸及高温持久性能进行试验,并与GH698材料的相应性能结果进行分析和比较。结果表明:YZGH4169焊接接头的室温、高温抗拉强度和屈服强度均高于GH698,延伸率和断面收缩率略低于GH698,但均满足标准要求,且27mm厚度的YZGH4169焊缝成型良好,满足一级焊缝的要求。此方案的确定为某燃气轮机后轴颈及类似结构、材料的零件国产化代料工作提供技术依据。     

镍基高温合金GH536的热疲劳行为

燃烧室火焰筒作为航空发动机的热端关键结构件,在工作过程中受到复杂的循环温度载荷,使其承受热疲劳损伤.对火焰筒常用镍基高温合金GH536的热疲劳行为进行试验研究.根据火焰筒结构和载荷特征,设计了中心孔平板试样以及热疲劳试验,研究了热疲劳载荷条件下GH536平板的裂纹萌生及扩展规律,揭示了GH536的热疲劳破坏机理.研究发现:①热疲劳裂纹以穿晶模式萌生,以沿晶方式扩展并断裂;②随着热疲劳试验中上限温度的升高,裂纹的萌生寿命缩短,裂纹扩展速率加快,试样在800℃时的热疲劳裂纹萌生寿命是900℃裂纹萌生寿命的4.5倍.      

GH4169磨削表面粗糙度影响参数的敏感性研究

通过GH4169高温合金平面切入磨削实验,建立了表面粗糙度的经验公式,分析了表面粗糙度对磨削参数的灵敏度,获得了磨削参数稳定域和非稳定域。结合正交试验法中的极差分析方法获得了不同磨削参数对表面粗糙度的影响曲线,进行了磨削参数区间的优选。研究结果表明:表面粗糙度对磨削深度的变化最为敏感,对工件速度的变化敏感次之,对砂轮速度的变化最不敏感;磨削深度优选范围为0.01～0.015mm,工件速度优选范围为10～15m/min,砂轮速度优选范围为20～30m/s,可控制表面粗糙度在0.7μm以内。为高温合金材料磨削表面粗糙度控制提供理论方法和试验依据。     

GH4169合金直接时效锻造过程的数值模拟

直接时效（DA）锻造工艺已成为生产GH4169合金涡轮盘锻件的基本方法之一。但实施DA锻造工艺时,锻造过程的各个环节要求严格控制,而且要有足够吨位的设备。参照在压力机上实施DA工艺的终锻过程,用有限元变形-传热耦合分析方法对直径520mm和高度190mm的GH4169合金坯料在不同情况下的镦粗过程进行了数值模拟。大量计算结果表明,在压力机上实施DA锻造工艺时,为了获得优质GH4169合金涡轮盘锻件,应合理确定压力机滑块速度,尽可能改善润滑情况及适当提高模具预热温度。对于GH4169合金涡轮盘锻件,采用等温DA锻造工艺可能是最佳的选择。研究结果对于在国内的生产条件下实施GH4169合金DA锻造工艺具有指导作用。     

基于Chaboche 理论的GH901 合金本构模型改进

为某型航空发动机涡轮盘损伤分析的需要,在涡轮盘材料GH901试件高温拉伸试验、低周疲劳试验、蠕变试验以及疲劳/蠕变交互作用试验基础上,分析Chaboche本构模型特点,基于涡轮盘实际使用中的变幅脉冲循环,将应变幅值记忆项引入Chaboche本构方程;通过已有试验结果,应用量子遗传算法优化得到改进的本构方程各参数。将本构方程计算结果与试验结果对比,证明改进的本构方程是合理的。     

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。     

稀土对GH4169激光微焊接接头组织性能的影响

通过添加稀土元素Ce对0.2mm厚的GH4169高温合金进行微激光对接焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪测试等分析方法,对比研究稀土元素对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能的影响。结果表明：在添加稀土元素的条件下焊接时,对焊接工艺参数进行正交试验优化,得出焊接最优工艺参数为脉冲功率17%、脉冲频率4.0Hz、脉冲宽度3.1 ms,此时焊接接头断裂在母材。焊接过程中,液态金属流动使稀土在熔池中均匀混合,获得了组织均匀的焊缝。稀土元素能够改变焊缝温度梯度,形成“梯形”状焊缝;同时,稀土元素能够降低接头的显微硬度,增强接头的韧性和塑性。     

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。