循环加载对变形高温合金持久断裂寿命的影响

本文报导了在蠕变温度范围内循环加载时温度、应力和较长保载停留时间对GH33、GH37和GH49三种变形高温合金持久断裂寿命的影响。结果表明,三种合金对循环加载的反应各不相同,但持久断裂寿命都减小,特别是0.5h的保载停留最明显。降低寿命的主要原因是,在低温高应力下,循环加载加速了滑移蠕变,在高温低应力下,循环加载加速了扩散蠕变和晶界氧化。     

应变波形对Inconel 625合金低周疲劳性能的影响

在650℃以及拉压对称三角波(TR)、慢拉快压锯齿波(ST)和快拉慢压锯齿波(FT)3种应变波形下对Inconel625合金进行了低周疲劳实验,研究了合金在不同应变波形下的低周疲劳变形与断裂行为。结果表明:3种应变波形加载条件下,合金在0.3%～0.7%的外加总应变幅下均呈现循环硬化,其中在ST下的循环应力幅最高;采用锯齿波形时,由于拉伸蠕变分量和压缩蠕变分量的引入造成合金的疲劳寿命缩短;此外,合金的循环应力和应变之间呈现单斜率线性关系,且其塑性应变幅与弹性应变幅和疲劳寿命之间亦呈线性关系。利用扫描电子显微镜对Inconel625合金在3种加载波形下的低周疲劳断口形貌进行观察,结果表明,Inconel 625合金的疲劳裂纹萌生和扩展均是以穿晶方式进行的。     

蠕变疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟

通过结合初始应力应变场与连续损伤力学理论以及单元失效和裂纹萌生准则,构建了蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的预测模型,将模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中,实现了初始无缺陷结构蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟,并分析了影响裂纹萌生寿命的因素.通过与线性累计损伤理论对比发现,裂纹萌生位置蠕变损伤和疲劳损伤具有相互促进作用,蠕变疲劳的交互作用使裂纹萌生寿命减小;蠕变和疲劳载荷加载顺序对损伤的累积具有很大影响,模拟发现承受蠕变载荷的结构在承受后续循环载荷下总损伤值更大,裂纹萌生寿命更短.     

TC21合金应力控制和应变控制的低周疲劳行为

研究TC21合金应变控制和应力控制的低周疲劳行为.实验温度为室温,循环应变比和应力比均为0.1,载荷波形为三角波.结果表明,在应变疲劳的最初阶段,TC21合金循环拉应力时快速软化,循环压应力时快速硬化,随着循环进行软化和硬化速度降低.在整个循环阶段,软化速度与应变有关;背应力影响较小,摩擦应力一直在变化,循环应力的变化与摩擦应力有关.应力控制的低周疲劳结果表明,TC21合金循环蠕变明显,循环蠕变与应力大小有关,摩擦应力是影响循环蠕变的主要因素.     

气缸盖蠕变-疲劳寿命预测

气缸盖在工作中受到低周热疲劳损伤、高周热疲劳损伤和蠕变损伤,其寿命和可靠性是发动机的重要指标。用热瞄构顺序耦合分析方法计算了气缸盖的温度场和应力场,分析了气缸盖上危险点在10个启动-工作-停车循环的弹性应变、塑性应变和蠕变应变,从理论上证明了影响气缸盖寿命的主要因素是低周热疲劳损伤,启动次数是其最主要的寿命指标。蠕变不影响低周热疲劳的应力幅,只是使循环中的平均应力增加。高温下松弛与蠕变同时发生,降低了平均应力的增长速度。经历有限个循环,平均应力基本稳定。因此,把发动机气缸盖的蠕变-低周热疲劳等效为一定应力幅和平均应力的热-机械疲劳,并用标准试样的热-机械疲劳试验预测了发动机气缸盖的使用寿命（可承受的最大启动次数）。     

基于等效理论研究1Cr18Ni9Ti蠕变-高温疲劳试验寿命

通过Manson公式研究了蠕变寿命与高温疲劳蠕变寿命之间的关系,并分别在600~700℃下对1Cr18Ni9Ti进行高温疲劳蠕变和蠕变试验,研究了温度对蠕变寿命的影响。采用SEM进行断口形貌观察及EDS能谱分析。结果表明:理论预测寿命均在实测寿命的2倍误差带内,证明了将高温疲劳蠕变寿命预测转换成蠕变寿命预测的可行性;试验温度高于625℃后对蠕变寿命的影响显著;断口处有大量的孔洞和氧化物出现,氧化薄膜周围容易形成裂纹源。     

ANELASTIC RELAXATION, CYCLIC CREEP AND STRESS RUPTURE OF PARTICLE STRENGTHENED SUPERALLOYS

研究了两种有代表性的粒子强化(氧化物弥散强化和γ′沉淀强化)镍基高温合金的循环蠕变和应力断裂行为。研究表明,在760℃和一定的循环载荷下,试验频率从0.05至6cycles/h变化时,循环蠕变速率随频率提高而下降,而断裂寿命则一般随频率增加而增加(但对于沉淀强化高温合金,在所采用的最高频率下,断裂寿命反而下降,这是由于频率使平面滑移程度增加的结果)。分析了在加载和卸载期间的塑性和滞弹性应变以及在循环蠕变中的位错结构。结果表明,在循环加载时所观察到的行为及明显的材料强化,并不是循环应变硬化效应所造成的,而是滞弹性应变效应的结果。这种滞弹性应变在加载期间被累积,而在卸载期间则被恢复。在滞弹性机构的基础上,导出了一个循环蠕变或蠕变疲劳交互作用减速因素的现象学模型,这一模型与实验所观察到的行为相符合。     

粒子强化高温合金的滞弹性松弛、循环蠕变和应力断裂行为

研究了两种有代表性的粒子强化(氧化物弥散强化和γ′沉淀强化)镍基高温合金的循环蠕变和应力断裂行为。研究表明,在760℃和一定的循环载荷下,试验频率从0.05至6cycles/h变化时,循环蠕变速率随频率提高而下降,而断裂寿命则一般随频率增加而增加(但对于沉淀强化高温合金,在所采用的最高频率下,断裂寿命反而下降,这是由于频率使平面滑移程度增加的结果)。分析了在加载和卸载期间的塑性和滞弹性应变以及在循环蠕变中的位错结构。结果表明,在循环加载时所观察到的行为及明显的材料强化,并不是循环应变硬化效应所造成的,而是滞弹性应变效应的结果。这种滞弹性应变在加载期间被累积,而在卸载期间则被恢复。在滞弹性机构的基础上,导出了一个循环蠕变或蠕变疲劳交互作用减速因素的现象学模型,这一模型与实验所观察到的行为相符合。     

缺口对GH3536镍基高温合金蠕变性能的影响

针对GH3536镍基高温合金无应力集中和带典型应力集中圆棒试样在160,200,240 MPa应力条件下的高温(750℃)蠕变性能进行了试验和有限元分析,研究了缺口的存在对材料蠕变性能的影响。采用扫描电镜分析了试样断口的形貌,确定了材料的断裂机制。结果表明:缺口的存在对GH3536镍基高温合金试件的蠕变性能影响较大,其降低了试件的最大蠕变应变及在蠕变各个阶段的蠕变速率。缺口对试件的蠕变寿命存在硬化作用,缺口根部轴向应力的再分配和松弛可简单认为是导致缺口对该合金蠕变寿命起硬化作用的影响因素。断口形貌分析表明由于缺口的存在,2种试件的表面形貌虽有不同,但蠕变断裂机理都是由微孔洞不断增大与聚集引起的。     

晶粒尺寸对GH720Li镍基合金蠕变-疲劳寿命的影响

为探明晶粒尺寸对涡轮盘材料—GH720Li镍基高温合金的蠕变-疲劳寿命的影响机理,开展了650℃下不同晶粒尺寸的GH720Li高温合金圆棒蠕变-疲劳试验研究。GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命随着晶粒尺寸的减小而降低。而后,通过断口的SEM分析研究晶粒尺寸对GH720Li高温合金的蠕变-疲劳损伤影响机制。其失效机制主要为晶界的氧化起裂,而晶界长度随晶粒尺寸变小而增加。最后,对基于迟滞能量的损伤方程和机械功密度2种方法进行了修正,GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测与试验结果吻合较好,验证了方法的准确性。     

单晶DD3与细晶FGH4095高温合金摩擦焊接头组织

对单晶DD3与粉末细晶FGH4095高温合金摩擦焊接接头,采用光学显微镜及SEM-EDS分析了接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理.结果表明,焊合区两侧材料均形成了动态再结晶晶粒;连接界面位于两侧动态再结晶晶粒之间;连接界面两侧合金元素发生了扩散;两侧动态再结晶晶粒均有向对方弓形凸入长大的趋势,通过形成共同晶粒,实现两种异质材料的连接;FGH4095侧的动态再结晶晶粒向DD3一侧长大的趋势较大.DD3与FGH4095摩擦焊接过程中发生了摩擦面转移,实际的摩擦变形主要在DD3摩擦带内部,接头组织变化梯度大.     

中国高温合金40年

４０年来，中国高温合金从无到有，从仿制到创新，形成了一个比较完整的体系，基本满足了航空航天工业及民用的需要，并且取得了一批有创造性的成果。本文回顾了我国高温合金研制与生产的发展历程，概述了我国高温合金体系的特点和科研工作中的创新，指出了取得成绩的主要原因以及与国外相比存在的差距。     

铸造高温合金中氮的影响机理与控制

总结中国科学院院金属研究所高温合金与金属间化合物课题组近年来开展的几种铸造高温合金中氮(N)的研究结果;讨论了铸造高温合金中N的控制方法.结果表明:无论镍基还是钴基铸造高温合金,N含量随Cr含量或返回次数和比例的增加而增大,过高的N含量降低合金的力学性能,并导致合金质量明显下降,但N的影响机理不同;对镍基铸造高温合金,N主要以极难分解的TiN颗粒团簇存在于合金熔体中,在凝固过程中作为核心促进TiC碳化物的析出与快速长大,块状碳化物阻塞枝晶间的通道,降低合金液的流动性和补缩性,导致合金组织中的显微疏松明显增加以及合金力学性能的降低;对钴基铸造高温合金,高N含量提高合金的初始凝固温度,使得合金枝晶组织粗大,枝晶间板条状M7C3共晶碳化物数量增多、尺寸增大,抑制周围基体中M<,23>C<,6>相的沉淀,导致共晶碳化物/基体界面更容易形成裂纹而降低合金力学性能.     

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     

火花等离子体放电制备高温合金细粉新技术

提出了火花等离子体放电(SPD)制备高温合金细粉新技术,并设计了样机.该方法与常用的高温合金制粉方法一等离子旋转电极法和氩气雾化法的原理不同,与之相比,该方法冷速更快,可制备粒度更细小的粉末,且设备简单.对2种高温合金进行制粉,实验表明:该方法制备的粉末粒度分布窄、球形度高、粉末颗粒表面光滑、看不到枝晶、颗粒内部是球状晶凝固组织,从而组织更均匀.     

先进镍基高温合金疲劳损伤的微观机制

通过对FGH96粉末高温合金、DZ125定向凝固高温合金、DD6单晶高温合金大量疲劳断口的断裂特征进行统计分析,研究了这3类镍基高温合金疲劳损伤的微观机制。结果表明,这3类合金疲劳断裂的宏观形貌有较大的区别,但由于这几类合金均为镍基面心立方晶体结构,因此其疲劳损伤断裂具有相同的微观演变规律和断裂机制,即:从疲劳裂纹的萌生至裂纹的快速扩展均是以滑移机制进行;疲劳扩展第1阶段均为类解理特征,疲劳扩展第2阶段为疲劳条带,快速扩展区呈现为滑移面、滑移台阶、韧窝特征。由于其组织和成形工艺的区别,其共同的特征表现的具体形貌有所区别。     

THE ROLE OF NIOBIUM IN NICKEL-BASED SUPERALLOYS AND CHARACTERIZATION OF PM ALLOY EP741NP

1. IntroductionN iobium 'sprim ary role in superalloysisasa strengthenervia precipitation hardening and via solidsolution strengthening in a lesserextent. N iobium form s M C-type carbides in addition to the gam m adouble prim e (γ')phase N i3N b in iro…     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶

本文系统分析了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、危害以及影响再结晶的主要因素,阐述了再结晶的物理本质.再结晶行为受合金元素、变形程度、热处理温度及时间、变形速率、变形工艺等的影响.再结晶的物理本质是由铸态γ'相溶解控制的高能态畸变组织向低能态无畸变组织转变的过程.镍基定向凝固高温合金再结晶开始温度在1050℃左右,钴基定向凝固高温合金在1100℃左右.定向凝固和单晶高温合金的动态再结晶行为主要与高温氧污染和自由表面有关.再结晶对高温持久、疲劳性能影响较大,含再结晶层的断口源区表现为沿晶断裂.目前定向凝固构件上的再结晶检测普遍采用金相方法.     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶研究

定向凝固和单晶高温合金具有优异的高温力学性能,是制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料.定向凝固和单晶高温合金的优异性能主要来源于消除了与主应力轴垂直的晶界,而再结晶的出现会显著降低合金的高温力学性能.针对近年来国内外对于定向凝固和单晶高温合金再结晶的研究,系统地介绍了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、主要影响因素、再...     

DD6/FGH96线性摩擦焊接头组织及性能

文中针对航空发动机涡轮盘的典型材料DD6单晶和FGH96粉末合金材料,开展了异种材料线性摩擦焊工艺研究.研究了DD6/FGH96的可焊性,并对DD6/FGH96线性摩擦焊接头进行了组织观察和力学性能测试.结果表明,焊接后FGH96侧组织有明显变形区,而DD6侧组织变形不明显.两种材料焊缝区的γ'相均发生了溶解,而且尺寸也发生变化.拉伸测试结果表明,断裂均发生在DD6单晶侧,接头抗拉强度可与DD6单晶母材相当.