镍基单晶高温合金的典型蠕变寿命模型

镍基单晶高温合金具有一定的高温强度、良好的抗氧化、抗热腐蚀、抗冷、热疲劳性能,并有良好的塑性和焊接性。镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的重要材料,其力学性能对航空发动机有着重大影响,研究其疲劳寿命具有重要意义。镍基单晶高温合金蠕变疲劳损伤及寿命预测一直是国内外学者研究的重点。文章基于蠕变疲劳理论和国内外研究情况,阐述了稳态蠕变本构关系和θ映射蠕变模型,介绍了几种典型的镍基单晶高温合金的蠕变疲劳寿命模型。文章分析指出,当前在工程应用中主要采用单晶合金的蠕变疲劳宏观模型,而微观模型的研究还处于探索阶段,建议用微观模型建立蠕变寿命预测方法,分析微观理论机制,有望提高预测精度与蠕变寿命。     

镍基铸造高温合金低周疲劳研究进展

镍基铸造高温合金具有优异的高温性能,广泛应用于航空发动机涡轮叶片等热端部件之中。航空发动机涡轮叶片是发动机中工作环境最为恶劣、结构最为复杂的零件之一,在发动机运行过程中所产生的高温交变应力的作用下,合金承受着严重的应力、应变循环损伤,裂纹往往在合金中的薄弱区域形成并扩展,使合金以低周疲劳的模式失效,严重影响了合金的服役寿命,因此对合金低周疲劳性能的研究尤为重要。本文详细阐述了影响镍基铸造高温合金低周疲劳性能的表面缺陷、内部组织及缺陷、晶体取向和低周疲劳试验条件等四方面因素,从位错运动方式和形态变化特点出发,研究了不同温度下镍基铸造合金的变形机制,最后总结了合金低周疲劳寿命预测的应力应变准则、能量准则、损伤累积准则及临界面和临界距离准则。     

表面高温防护涂层对镍基定向凝固合金低周疲劳行为的影响

发展高温防护涂层是近年来涡轮叶片制造技术的热点问题之一,针对当前航空发动机涡轮叶片的主要用材--镍基定向凝固合金,本文系统研究了室温和700℃高温条件下,表面高温防护涂层的存在对镍基定向凝固合金基体低周疲劳性能的影响.试验表明这种涂层/基体系统的薄弱环节在于表面涂层颗粒的不均匀性,特别当最终的断裂破坏是由涂层的表面裂纹引发时,负面影响尤其严重.     

涂层/高温合金界面行为及调控研究进展EI北大核心CSCD

防护涂层技术对于提高涡轮叶片材料抗氧化腐蚀性能、保证涡轮叶片安全服役具有至关重要的作用,然而,防护涂层与高温合金间有本征的物理、化学性能不匹配性,其界面反应会导致界面组织退化,合金与涂层性能下降,成为制约涂层应用的关键因素。本文概述了典型涂层/高温合金界面组织演变与扩散行为及其影响因素,讨论了界面行为对含涂层高温合金组织稳定性和力学性能的影响,从涂层组织成分优化、界面阻扩散层设计和新型界面稳定涂层研发3个方面介绍了涂层/合金界面的调控方法。总结了涂层/高温合金界面相容性的关键特征,并提出未来应在界面对涂层/合金性能的影响规律与机制、调控界面的多手段联用、计算辅助涂层设计等方面开展系统性研究。     

高温合金热腐蚀性能影响因素的研究进展

高温合金是一种复杂组元多相组织材料,在高温下的热腐蚀行为是制约其发展的重要因素。国内外学者对高温合金的热腐蚀性能做了大量研究,先后提出了多种腐蚀机理模型,但对于不同种类高温合金腐蚀机制间的相互关系仍缺乏成熟的理论表述。从高温合金的特点和用途对热腐蚀的影响因素进行了综述,并对目前高温合金主要的涂层、预氧化等耐热腐蚀防护措施进行了讨论。最后,从实际应用角度展望了未来提高合金热腐蚀性能的方法。     

高温合金疲劳裂纹扩张的冶金控制

涡轮发动机涡轮盘合金的低周疲劳寿命取决于疲劳裂纹的产生和扩张。先进的净化熔炼技术可以改善合金性能,减少缺陷的尺寸,从而得到新一代抗疲劳断裂的高强度高温合金。只有弄清高强度高温合金中产生疲劳裂纹的机理和显微组织与性能之间的相互关系,通过冶金方法控制疲劳裂纹扩张才有可能。控制合金抗高温疲劳的许多冶金参数现已弄清。对于所有高γ′含量的高温合金,最有效的冶金控制方法是在γ′溶解度线以上温度进行固溶处理后控制冷却速度,以改善晶粒边界的显微组织。冷却时,在晶粒边界发生的沉淀反应产生锯齿形的组织,这种组织有良好的抗疲劳—应力—氧化腐蚀性能。     

HY3包覆型涂层修复对DD3合金性能的影响

采用真空电弧镀技术(ARC)在镍基高温合金DD3上制备了包覆型涂层HY3,通过化学方法完全退除基体上的涂层,用燃气热腐蚀试验、循环抗氧化试验来评价涂层的抗高温氧化、抗热腐蚀性能,并且通过高温持久、室温瞬时拉伸、高周疲劳等力学实验来评价涂层退除再涂覆后对基体合金的力学性能的影响,用SEM观察涂层退除前后表面形貌.结果表明,涂层经过去除再涂覆后,微观组织形貌基本不变;循环氧化寿命是原始涂层的97.9%,与原始涂层的抗热腐蚀性能相当,对合金的力学性能不造成显著影响.     

IC6合金真空电弧镀沉积HY3防护涂层研究

采用真空电弧镀沉积技术,使用Ａ１０００专用装置在ＩＣ６合金上制备了ＨＹ３防护涂层,进行了性能试验。结果表明,ＩＣ６合金施加ＨＹ３涂层后,大大提高了合金抗周期氧化和抗燃气热腐蚀能力。涂层厚度３０μｍ,对ＩＣ６合金的高温持久性能没有影响,对叶片实验的热疲劳性能无不良影响。     

晶粒度对K18合金高温性能的影响

前言为了降低飞机发动机的油耗,需要对其所用金属材料进行严格筛选。K18合金在某发动机上用作Ⅲ级涡轮叶片和Ⅱ、Ⅲ级导向叶片用材。为了优化该发动机的设计,我们对其叶片材料进行了大量的综合力学性能的研究。在此过程中发现晶粒度对其高温疲劳性能有较大的影响。试验表明,在工艺过程中对晶粒尺寸进行严格控制是提高K18合金高温疲劳性能及改善其应用性能的一个重要途径。一、试验方法试验用材为K18高温合金,其母合金由200公斤真空感应炉熔炼,化学成分见表1。试棒均采用熔模精密铸造。在10公斤真空感应炉中重熔母合金再精铸成试棒,浇注     

固溶处理对IN718合金显微组织和力学性能的影响

IN718合金具有优异的高温力学性能和良好的加工能力,广泛地用于航空发动机涡轮盘、压气机盘和传动轴。合金的力学性能,特别是蠕变和疲劳性能是决定发动机安全性和可靠性的关键因素。本文主要研究900~1050 oC固溶处理对合金显微组织和力学性能（包括室温和650 oC高温拉伸,650 oC/700 MPa持久,450 oC低周疲劳）的影响。结果表明：900~990 oC固溶处理,?相体积分数随温度升高而降低,晶粒尺寸保持不变。 990~1050 oC固溶处理,?相回溶,晶粒尺寸从???m长大到????m。借助于显微组织的少量调整,?????合金可以满足航空、石化、核能等领域高温、耐蚀、抗辐射的使用要求。     

高温涂层材料物理、力学性能研究进展

高温涂层的广泛使用在很大程度上拓展了高温合金的应用领域,但随着航空发动机用涡轮叶片服役环境的日益苛刻,合理评价涂层/高温合金体系综合性能,尤其热机械疲劳、蠕变疲劳等性能备受关注.该体系综合性能的评价必然涉及到与高温涂层材料本身相关的物理、化学、力学等性能.本文将对近年来有关高温涂层材料的物理和力学等方面的性能进行综述,并据此探讨今后涂层/基体界面行为研究的新思路.     

电液束加工对DD6单晶合金气膜孔损伤行为研究

国内对于先进型号发动机涡轮转子单晶叶片已主要采用电液束加工。电液束加工主要是电化学阳极溶解的过程,对单晶高温合金会造成孔边材料的腐蚀损伤,进而在服役条件下影响单晶叶片的性能。采用微观观察、金相分析等研究电液束加工对单晶高温合金气膜孔的损伤行为,通过高温原位疲劳试验分析打孔损伤对疲劳裂纹萌生机制的影响。结果表明：在入口侧孔边及孔壁的腐蚀区域形貌均为DD6单晶高温合金电解腐蚀组织的特征,部分γ相被腐蚀掉,γ′相突出。入口侧孔边的电解腐蚀层厚度在15~30μm范围内,中间孔壁的电解腐蚀层厚度在6~9μm范围内;带单孔的DD6单晶高温合金试样疲劳裂纹萌生有两种情况：一是从孔边的疏松缺陷处萌生裂纹;二是从孔边的电解腐蚀损伤层附近起源。     

加热温度和冷却介质对GH36热疲劳性能的影响

热疲劳是材料在交变热应力作用下的失效形式。随着科学技术的发展,热疲劳及测试技术愈来愈引起人们的重视。据资料介绍,影响热疲劳性能的因素很多,除工艺、材质等方而外,试验方法是一个很重要的因素。本试验主要研究高温合金GH36在两种不同加热温度,三种不同冷却介质下的热疲劳抗力,摸索出温度、介质与热疲劳性能的关系,并通过金相、扫描电镜观测疲劳裂纹和断口,以进一步研究热疲劳裂纹扩展规律和断裂机理。这是一种模拟涡轮叶片热疲劳的测试研究。一、试验条件及方法试验用料为高温合金GH36,其化学成分见表1。     

航空发动机用高温防护涂层研究进展

航空发动机热端部件服役环境恶劣,往往遭受机械载荷、高温、腐蚀、冲蚀等多种耦合作用。目前先进航空发动机热端部件无一例外地采用高温防护涂层以提高高温部件的使用温度,延长部件服役寿命,提高发动机效率。针对热端部件具体的服役环境特点,合理的设计和选择高温防护涂层体系对于提高发动机性能具有重要意义。文中对国内外近年来航空发动机热端部件的高温防护涂层设计、材料、制备工艺等方面进行了综述,展望了航空发动机用高温防护涂层的研究和应用发展趋势。     

发动机涡轮叶片真空电弧镀Al-Si-Y涂层性能

介绍了研制的新型Al-Si-Y涂层,分析了Al-Si-Y涂层的常规工艺性能.结果表明,采用真空电弧镀技术将Al-Si-Y合金沉积在叶片表面可以获得附着牢固、组织结构致密、抗高温氧化和抗热腐蚀性能良好的Al-Si-Y涂层,满足了航空发动机涡轮叶片的高温防护需要.该技术可广泛用于需要高温防腐的其它各种零部件上.     

镍基高温合金GH4099钎焊连接研究现状

镍基高温合金是航空航天领域的重要材料,广泛应用于发动机涡轮叶片、燃烧室等部件,其连接结构是影响整体性能的关键部位。钎焊是制造镍基高温合金零部件最常用的连接工艺,在此介绍了镍基高温合金GH4099的钎焊连接现状,从常用钎料、钎焊接头界面和力学性能等方面展开阐述,并对GH4099合金的未来钎焊连接研究方向和发展趋势进行了展望。     

一种性能优异的低成本定向凝固镍基高温合金DZ417G

一种新的定向凝固镍基高温合金DZ417G已被研制成功，它不含有稀缺昂贵的金属元素W，Nb,Ta,Hf等元素，具有密度小、成本低的特点。简要地介绍这一合金的研究结果，包括化学成分的确定，定向凝固工艺和热处理制度的选定，所测试的各种力学性能，涉及不同温度的时拉伸性能，冲击韧性、持久、蠕变性能及其机理，高、低周疲劳和冷热疲劳性能，疲劳裂纹扩展速率，长期时效后组织和力学性能的变化以及抗氧化性能和物理性能。结果表明，DZ417G合金是一种综合性能优异的定向凝固镍基高温合金，很多性能指标优于DZ4合金，与DZ22和DS CM247LC合金相当，可用作先进航空发动机低压涡轮叶片等零件。     

单晶高温合金再结晶的抑制方法研究进展

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。单晶高温合金的优异性能主要来源于消除了晶界,而再结晶的出现会显著降低合金的高温力学性能;因此,研究单晶高温合金再结晶的抑制方法对单晶高温合金叶片的安全使用具有重要意义。本综述主要介绍了近年来国内外对于单晶高温合金再结晶抑制方法方面的研究成果,包括预回复热处理、渗碳、涂层以及去除表面变形层等对再结晶的抑制作用,以及晶界强化元素对再结晶危害的修复作用。     

高性能涡轮盘材料GH4065及其先进制备技术研究

在对一系列高合金化模型合金进行系统比选研究的基础上,发展了新型的GH4065变形高温合金,该合金化学成分与René88 DT合金类似,并针对铸锻制备工艺的要求进一步实施了优化.研制结果表明,应用三联低偏析熔铸和多重循环热机械处理等新型技术生产的GH4065合金,适用于制备先进航空发动机关键热端转动部件,综合性能完全满足高压压气机盘和低压涡轮盘的工况要求,必要时可以作为高压涡轮盘的高可靠性、低成本解决方案.随着变形高温合金材料和制备工艺的发展,应用铸锻工艺制备的高性能涡轮盘材料能够满足先进航空发动机的技术要求.     

K465等轴晶铸造涡轮叶片热等静压工艺及其组织性能初步研究

对K465合金等轴晶铸造涡轮叶片进行了热等静压,研究了热等静压工艺对铸造涡轮叶片的显微疏松、组织、性能及极限疲劳试验的影响。通过与熔模铸造涡轮叶片对比,验证了热等静压对涡轮叶片显微疏松和疲劳强度的作用效果。结果表明:采用热等静压能够显著减少K465等轴晶铸造涡轮叶片的显微疏松及孔洞类缺陷,并能提高叶片的室温拉伸强度、高温持久强度和极限疲劳强度等性能。