基于损伤力学的粉末高温合金FGH96疲劳寿命预测

以粉末高温合金FGH96为研究对象,提出采用损伤力学理论来建立寿命预测模型。对于不同夹杂物特征,粉末高温合金裂纹萌生有不同的表征参量,其数值变化为裂纹萌生的寿命预测提供思路。对粉末高温合金寿命预测的研究现状进行分析,然后利用损伤演变方程建立寿命预测模型;使用有限元软件（ANSYS）分别模拟夹杂物的不同位置、不同尺寸以及不同形状对裂纹萌生的影响,得到相应的损伤参量分布云图。将得到的损伤参量代入计算模型,得到疲劳寿命计算结果,与实验结果进行对比,证明疲劳寿命预测模型的有效性。结果表明:损伤参量Y能较好地表征材料的低周疲劳损伤;在不同的实验条件（温度、应变范围和应变比）下,所建立的粉末合金FGH96疲劳寿命预测模型都能较好地反映夹杂物对粉末高温合金疲劳寿命的影响。     

基于损伤力学的含夹杂粉末高温合金FGH96低周裂纹萌生寿命预测

研究FGH96粉末高温合金中夹杂物对低周疲劳寿命的影响,提出基于损伤力学理论的低周裂纹萌生寿命预测模型,在建立损伤演化方程后提出损伤表征参数.对含夹杂物和不含夹杂物的粉末高温合金试样在530℃和600℃下进行疲劳试验,并对具有椭圆形、半椭圆形、多边形和条形表面/亚表面夹杂物的试样进行模型验证,然后通过有限元模拟进行应力...     

镍基粉末高温合金FGH96应变疲劳行为

对镍基粉末高温合金FGH96在750℃、应变比R=0.05下的应变疲劳循环应力响应曲线、循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线进行分析,通过非线性回归拟合,得到基于Manson-Coffin公式及郑公式两种处理模型的应变—寿命曲线及相关参数。结果表明,FGH96合金在实验加载条件下,出现了循环软化—稳定—再软化断裂的应力响应特性,并随着加载应变幅的提高而愈加明显。与Manson-Coffin公式相比,郑公式在宏观预测应变疲劳寿命,尤其是确定材料疲劳极限问题上取得很好的预测效果。     

镍基高温合金的高温力学性能及微观组织分析

以第三代镍基高温合金FGH98为研究对象,通过实验对比了FGH98合金和前两代合金FGH95和FGH96的疲劳寿命和高温裂纹扩展速率,并研究了微观晶粒尺寸和最大载荷保持时间对FGH98合金疲劳抗性的影响。结果表明,粗晶粒FGH98合金的疲劳寿命更长、裂纹扩展速率更低;FGH98合金的高温裂纹扩展速率随着保载时间的延长而增加。     

新型镍基粉末高温合金FGH98的高温疲劳裂纹扩展行为研究

测定了新型粉末高温合金FGH98在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,与前两代粉末高温合金FGH95和FGH96的裂纹扩展速率进行了比较分析,研究了合金显微结构以及保载时间对FGH98合金裂纹扩展速率的影响.结果表明,FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展抗力较前两代粉末高温合金有了明显提高.控制固溶后以适当的方式冷却,使得二次和三次γ’相均匀匹配析出,可以获得具有良好疲劳裂纹扩展抗力的合金组织.粗晶组织有利于降低FGH98合金的疲劳裂纹扩展速率,尤其是在近门隘区.FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展速率随保载时间的增加而增加,其断裂模式相应地从穿晶-沿晶混合断裂变为沿晶断裂.     

镍基高温合金的高温力学性能及微观组织分析

以第三代镍基高温合金FGH98为研究对象,通过实验对比了FGH98合金和前两代合金FGH95和FGH96的疲劳寿命和高温裂纹扩展速率,并研究了微观晶粒尺寸和最大载荷保持时间对FGH98合金疲劳抗性的影响。结果表明,粗晶粒FGH98合金的疲劳寿命更长、裂纹扩展速率更低;FGH98合金的高温裂纹扩展速率随着保载时间的延长而增加。     

FGH95粉末冶金高温合金损伤与断裂特性研究

观察分析FGH95粉末冶金高温合金高周疲劳光滑试样断口,研究其断裂规律;并用断口定量的方法对试样断口的裂纹扩展特性进行分析,计算疲劳扩展第2阶段的疲劳扩展寿命,并分析裂纹扩展特性与断裂特征的内在关系.针对120个试样用统计归纳的方法研究总寿命Nf与断裂特征参数αc之间的关系.临界裂纹长度取常用对数后与试验寿命取常用对数后具有大致线性关系,数据点分布在大致平行的具有一定宽度的分散带内,通过拟合出平行带的上下边界方程,可以给出寿命预测的上下边界方程,可用临界裂纹长度估算FGH95粉末冶金高温合金的疲劳寿命.     

粉末镍基高温合金缺陷破坏的认识及力学方法EI北大核心CSCD

粉末镍基高温合金中夹杂的存在限制了高应力下的材料疲劳寿命。针对材料夹杂起裂的失效特点,以FGH96为研究对象开展疲劳寿命试验,提出了一种应用断裂力学的夹杂诱导失效的寿命预测方法。采用此方法首先明确定义了该方法适用于夹杂起裂而非滑移起裂;然后针对物理小裂纹扩展阶段提出裂纹扩展门槛及驱动力修正,实现对小裂纹与长裂纹的统一方程描述;其次针对不规则缺陷提出了考虑缺陷位置及形状比影响的驱动力表征方法;最后输入初始缺陷尺寸、位置、载荷、材料属性等信息实现了±2.5倍误差带的寿命预测,并对环境影响及滑移起裂等其他情况进行分析。另外,基于本方法可获得考虑不同初始缺陷及位置的S-N曲线,一定程度上解释了疲劳寿命分散性的原因。     

FGH96、FGH97粉末盘的无损检测

通过对FGH96粉末、FGH97粉末镍基高温合金涡轮盘、篦齿盘无损检测方法研究,确定了粉末盘超声检测和荧光检测工艺。通过检测结果研究发现,热等静压+锻造态合金有利于超声检测,并发现了缺陷显示;直接成型热等静压态合金有利于荧光检测,并发现了缺陷显示。     

高温低周疲劳损伤对FGH96合金力学性能影响的实验研究

通过设计FGH96粉末高温合金的高温低周疲劳试验和高温单轴拉伸试验,研究了不同应力水平下高温低周疲劳损伤对合金力学性能的影响,结合对断口形貌的观察和成分分析,分析了合金力学性能改变的微观机理。结果表明,受疲劳载荷作用期间位错运动的影响,合金的屈服强度、抗拉强度在损伤前期表现出上升的趋势;损伤后期,随着材料内部裂纹的不断增多及扩展,合金的弹性模量、抗拉强度不断退化。合金力学性能的变化与疲劳加载的应力水平表现出明显的相关性。断口显微组织分析表明,随着损伤程度的增加,合金高温拉伸断裂模式由韧性逐渐向脆性转变,高温氧化加速了断裂模式的转变。     

新型涡轮盘用高性能粉末高温合金的研究进展

综合分析了国外第3代粉末高温合金的化学成分、显微组织和点阵常数,总结出新型涡轮盘用高性能粉末高温合金的研发趋势,重点介绍了作者课题组与钢铁研究总院合作在国内率先进行我国新型第3代高性能粉末高温合金的初期研究工作与成果,并提出了研制高性能粉末高温合金的重点研究方向。     

MICROSTRUCTURE AND SOLIDIFICATION CHARACTERISTICS OF AS-CAST Ni-BASE SUPERALLOY M91

In comparison with conventional superalloys,no carbide but significant amount of γ+M_3B_2 and γ+γ′ eutectics were revealed to precipitate in the stable as-cast structure of Ni-base superalloy M91 which is abundant in B and minfied in C.During solidification of the superalloy,the residual liquid is much less and the tendency to porousness is inconsiderable.This superalloy seems to be available for turbine blade and other integral cast- ings under intermediate temperature and long-term services.     

Strain-rate sensitivity of powder metallurgy superalloys associated with steady-state DRX during hot compression process

Strain-rate sensitivity (SRS) is an important parameter to describe the thermodynamic behavior in plastic deformation process. In this research, the variation of SRS associated with steady-state DRX in P/M superalloys was quantitatively investigated. Based on the theoretical analysis and microstructural observation of the alloy after deformation, the SRS coefficient was employed to identify the deformation mechanism of the alloy. Meanwhile, the corresponding relationship between SRS coefficient m, stress exponent n and deformation mechanism was revealed. The stress exponent n in the Arrhenius constitutive model of P/M superalloys was calculated. In addition, it is found there is a relatively stable stress exponent range (n = 4-6), indicating that dislocation evolution played as the major hot deformation mechanism for P/M FGH4096 superalloy. Furthermore, the Bergstrom model and Senkov model were used and combined together to estimate the SRS coefficient in the steady-state DRX and the m value maintains at 0.2-0.22, which are consistent with the microstructural evolution during hot deformation process. The SRS coefficient distribution map and power dissipation efficiency distribution map were finally constructed associated with the microstructural evolution during hot deformation, which can be used to optimize the processing parameters of the superalloys.     

“粉冶-铸-锻”联合体的塑性变形与微观结构

实现盘缘与盘心异种变形高温合金的高强冶金连接是制造双合金涡轮盘的关键。本研究选择粉末高温合金为盘缘材料、变形高温合金为盘心材料,采用电子束焊接盘缘与盘心。电子束焊接后的焊缝区域不仅具有两种母材的结构特征（即粉末高温合金和变形高温合金的结构特征）,而且焊缝区存在明显的铸造组织。两种高温合金材料电子束焊接后形成了组织特征鲜明的“粉冶-铸-锻” 结构。本文首次研究了“粉冶-铸-锻”的变形行为,并重点探讨了焊缝的组织演化规律。相关研究结果不仅丰富了异种高温材料连接区的增强方法与组织控制方法,而且为发展双合金等温变形技术提供了科学依据。     

Evolution Behavior of M23C6 Carbides Under Different Hot Deformation Conditions in Alloy 602 CA

Metals and Materials International - Alloy 602 CA is a M23C6 carbides strengthened Nickel-based superalloy. In this alloy, M23C6 is different from that found in other superalloys because of its...     

CRITICAL ISSUES OF POWDER METALLURGY TURBINE DISKS

ＣＲＩＴＩＣＡＬＩＳＳＵＥＳＯＦＰＯＷＤＥＲＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＴＵＲＢＩＮＥＤＩＳＫＳＫ．Ｍ．Ｃｈａｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＷｅｓｔＶｉｒｇｉｎｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｐ．...     

返回料添加比例对铸造钴基高温合金K640S 组织与性能的影响

研究了返回料添加比例对铸造钴基高温合金Ｋ６４０Ｓ组织和性能的影响。结果表明,随返回料添加比例的增加,合金中的氮含量明显增加,导致枝晶组织粗大、疏松倾向明显,引起力学性能的变化。当返回料添加比例大于６０％时,返回合金的高温拉伸强度降低,其中Ｍ２３Ｃ６型碳化物和基体的界面是拉伸破坏的起源地。研究发现,氮含量增加导致显微疏松增多,使高温蠕变第三阶段应变速率加快,导致Ｋ６４０Ｓ返回合金的持久强度和蠕变强度     

高温合金GH4169(Inconel 718)中磷晶界偏聚特性的实验研究

采用Auger电子能谱仪测量了镍基高温合金GH4169中磷(P)的晶界偏聚量.结果表明,经1020与1200 ℃固溶处理后在720 ℃时效2 h的样品,P的晶界偏聚浓度分别是0.344%与0.412%(原子分数).晶界偏聚浓度随固溶处理温度的升高而升高.基于这一实验结果,确定了P在该合金中的非平衡晶界偏聚特性.     

Effect of Gravity on Directionally Solidified Structure of SuperalloysEI北大核心CSCD

分别利用常规下抽拉法与新型上提拉法进行不同方向的高温合金定向凝固实验,对比研究重力对单晶铸件凝固组织的影响。结果表明,在常规下抽拉法实验的向上凝固过程中,容易出现雀斑、γ/γ’共晶上聚和籽晶回熔紊乱等问题。原因是糊状区内液体由于元素偏析引起密度减小,在重力作用下形成了上重下轻的失稳状态并引起对流。而通过新型上提拉法实现的顺重力凝固过程中,密度减小的液体处于糊状区上端,形成上轻下重的稳定状态,使重力的作用由失稳因素转化为维持稳定的因素,抑制了液体对流的产生与发展。采用新型上提拉法制备的单晶铸件中彻底消除了雀斑缺陷,抑制了γ/γ’共晶组织的向上聚集,也保证了低密度籽晶稳定的回熔和外延生长。顺重力定向凝固技术从根本上消除了重力对高温合金定向凝固的不良影响,有希望发展成为新一代的先进单晶叶片成型技术。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。