镍基单晶高温合金蠕变-疲劳寿命评估方法进展

论述镍基单晶合金的滑移变形机制和疲劳裂纹萌生机理，分别介绍镍基单晶合金蠕变寿命和低循环疲劳寿命分析评估模型；镍基单晶合金蠕变、疲劳寿命的研究方法可分为应用各向异性张量描述非弹性各向异性变形的宏观力学(唯象)模型和基于晶体学滑移变形理论的微观力学模型；晶体取向、平均应力、环境温度、循环频率、循环应力比是影响单晶合金蠕变-疲劳寿命的主要因素。复杂应力状态下的单晶合金多轴低循环疲劳损伤，单晶合金在疲劳-蠕变交互作用下的疲劳损伤和单晶合金的接触疲劳损伤等问题是需要研究的重要课题。     

基于Abductive网络的镍基单晶高温合金蠕变断裂寿命预测

通过建立镍基单晶高温合金的蠕变断裂寿命与合金成分、试验温度以及试验应力的4层Abductive网络预测模型,对CMSX-4与CMSX-10合金进行了不同试验条件下的寿命预测,并用试验所得的合金lgt_r-lgσ曲线进行了验证。结果表明:Abductive网络具有高的准确性与很好的适用性,能够准确预测不同成分镍基单晶高温合金的蠕变断裂寿命。     

磁场作用下镍基高温合金定向凝固的研究进展

磁场控制定向凝固为制备高质量合金及铸件提供了新的途径,对提高产品冶金质量、发展新的制备工艺具有重要意义.概述了近年来磁场作用下镍基高温合金定向凝固的主要研究进展,介绍了磁场与金属导电熔体间的几种典型效应,系统总结了静磁场、交变磁场、脉冲磁场和行波磁场作用下镍基高温合金定向凝固组织的演变规律,磁场对杂晶等典型凝固缺陷的影响以及磁场对高温合金蠕变性能的影响,探讨了不同类型磁场作用下凝固组织和缺陷的形成机制.最后,对高温合金磁场定向凝固技术的发展趋势和突破点进行了展望.     

渗铝层对一种定向凝固镍基高温合金拉伸性能的影响

研究了渗铝层对一种定向凝固镍基高温合金在不同温度下拉伸性能的影响。结果表明:在较低温度(<870℃),渗铝层使合金的拉伸强度和塑性有所降低,但降低的幅度较小;在1 030℃时对强度基本没有影响,但塑性明显降低;在较低的拉伸温度下,渗铝层脆性断裂引起的缺口效应是其拉伸性能降低的主要原因。     

镍基单晶高温合金在980℃以上稳态蠕变行为及相应的显微组织

研究了一种镍基单晶高温合金在高温(高于980℃)蠕变时的稳态蠕变行为与相应显微组织的关系。结果表明:筏形组织是稳态蠕变变形的重要特征,较短的初始蠕变阶段和较高的界面位错网密度有利于稳态蠕变变形。     

镍基高温合金的热机械疲劳寿命预测模型研究

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200～450℃及400～650℃条件下的同相位热机械疲劳(TMF)试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能,提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型,并结合试验数据确定模型参数;采用GH4169、IN718、DD8三种高温合金对该模型的TMF寿命预测能力进行评估,结果表明,提出的寿命模型预测精度高于TMF寿命预测常用的Manson-Coffin模型和Ostergren模型。     

新型镍基高温合金热处理工艺研究

随着科学技术的进步,航空航天和汽车等行业对工业生产的需求越来越大,如燃气涡轮、叶片、机匣等高温部件,为满足整个行业的需求,对其原料的性能也提出了更高的要求。采用镍基铸件制造高温合金材料零件的方法,可以在性能和加工方法上,满足各种行业对原材料的需求。此外,在高温合金生产过程中,热处理是必不可少的一项工艺,它可以通过对合金的微观结构进行调整,从而提高合金的耐热性、抗腐蚀性等性能,在镍基铸造高温合金制作零件的过程中,热处理工艺占据着非常关键的位置。基于此,本文阐述了镍基高温合金的发展历程及其强化原理,分析了镍基高温合金的热处理工艺,并探讨了其最新进展,以期为相关领域的研究提供实质性参考与借鉴。     

合金成分对镍基高温合金性能影响的研究进展

镍基高温合金是航空航天等领域不可或缺的材料,是高温合金材料优化研究的热点,其合金成分复杂,关键合金元素对其性能的影响显著。先进的激光熔覆技术对镍基高温合金涂层的发展有重要的推动作用。在简要给出激光熔覆技术发展现状的基础上概述了镍基高温合金的研究进展,系统梳理了Co、Al、Cr、Ta、W、Re、Ru、Zr、Fe等金属元素以及Si、C、B等非金属元素以及陶瓷颗粒VC、B₄C、WC、TiC、Y₂O₃等对镍基高温合金力学性能及显微组织的影响。指出了镍基高温合金在当前研究发展中的困扰和仍需关注的问题,最后对镍基高温合金将来的发展进行了展望。     

机器人砂带磨削GH4169镍基高温合金表面完整性研究

采用机器人夹持GH4169镍基高温合金来进行砂带磨削试验。对试验装置进行了设计和分析,以确保砂带磨削过程中的磨削压力稳定;采用正交试验获得砂带磨削GH4169时的磨削深度;采用单因素试验确定砂带线速度和磨削压力对GH4169表面完整性的影响规律。试验结果表明：采用粒度为80号的陶瓷磨粒砂带加工GH4169时,其表面粗糙度在0.6~0.7 μm范围内,且随着砂带线速度的增大而减小,随着磨削压力的增大而增大,表面硬度在430~485HV范围内,表面残余应力均为残余压应力,其值在-410~ -60 MPa范围内。     

定向凝固合金涡轮叶片的低周疲劳寿命研究

对某发动机DZ4定向凝固高温合金涡轮叶片进行了有限元应力分析，应力分析中考虑了发动机实际工作过程中的离心载荷和不均匀温度引起的热负荷。利用应力分析结果和该材料的疲劳特性计算了1次飞行起落过程造成的发动机低循环疲劳损伤和900h飞行的总损伤，根据损伤等效原理，确定了试验规定条件下与900h飞行等效的试验谱以及试验寿命折算为飞行小时寿命的计算公式。     

增压器涡轮叶片疲劳蠕变寿命预测方法

根据径流式增压器涡轮的结构与工作特点,分析了涡轮叶片的载荷与应力空间分布特征;针对增压器涡轮由疲劳与蠕变交互作用引起的叶根断裂失效模式,研究了增压器涡轮叶片叶根的载荷与应力变化历程,建立了涡轮叶片叶根的载荷与应力描述方法;然后建立了增压器涡轮叶片叶根疲劳蠕变寿命预测方法及模型,并运用建立的模型对增压器涡轮叶片叶根进行了寿命评估。     

DD3镍基单晶合金低周疲劳寿命研究

进行DD3单晶合金在680℃温度下[001]、[011]和[111]三种取向的非对称循环载荷低周疲劳试验研究。结果表明：晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著的影响,[001]取向寿命最长,[111]取向寿命最短;用取向函数修正应变幅度可以在很大程度上消除晶体取向对疲劳寿命的影响;通过引入参量是表示非对称循环载荷产生的平均应力对疲劳寿命的影响,它与循环寿命之间呈幂函数关系。对应变幅度、取向函数和参量丘与光滑或缺口疲劳试样的循环寿命进行相关性分析,发现无论是处于单轴应力状态还是复杂应力状态,应用多元线性回归分析方法拟合DD3单晶合金低周疲劳寿命曲线,相关系数最大,效果最好。     

冶炼工艺对M963合金高温持久性能的影响

研究了浇注温度、熔炼温度对M963合金高温持久性能的影响。结果表明：随浇注温度升高，持久寿命随之提高；但浇注温度过高，(γ＋γ)相聚集，晶界变宽，导致合金持久寿命下降；随熔炼温度升高，铸态组织中MC碳化物变得细小均匀，合金持久寿命显著提高。但过高的熔炼温度却使合金中氮含量急剧升高，显微疏松增多，持久寿命下降。     

PCBN刀具高速切削镍基高温合金切削力及刀具磨损试验研究

高速切削加工过程中切削参数的选择对刀具切削性能具有较大的影响。镍基高温合金因在高温条件下仍具有较高的抗疲劳强度、屈服强度、抗拉强度等特点,被广泛应用于航空航天、船舶、核电等行业。但是镍基高温合金的切削加工性能差,主要表现在切削力大、切削温度高、刀具磨损现象严重等方面。本文从切削速度、进给量、切削深度等切削参数对切削力的影响进行研究,同时对PCBN刀具磨损形貌进行分析。采用PCBN刀具进行高温合金车削试验,得到PCBN刀具切削高温合金GH4169时切削参数对切削力的影响规律,并探讨不同刀具磨损形貌产生的原因,为高温合金高速切削加工参数制定及工艺优化提供一定参考。     

Creep feed grinding induced gradient microstructures in the superficial layer of turbine blade root of single crystal nickel-based superalloy

The service performance of the turbine blade root of an aero-engine depends on the microstructures in its superficial layer. This work investigated the surface deformation structures of turbine blade root of single crystal nickel-based superalloy produced under different creep feed grinding conditions. Gradient microstructures in the superficial layer were clarified and composed of a severely deformed layer (DFL) with nano-sized grains (48–67 nm) at the topmost surface, a DFL with submicron-sized grains (66–158 nm) and micron-sized laminated structures at the subsurface, and a dislocation accumulated layer extending to the bulk material. The formation of such gradient microstructures was found to be related to the graded variations in the plastic strain and strain rate induced in the creep feed grinding process, which were as high as 6.67 and 8.17 × 107 s?1, respectively. In the current study, the evolution of surface gradient microstructures was essentially a transition process from a coarse single crystal to nano-sized grains and, simultaneously, from one orientation of a single crystal to random orientations of polycrystals, during which the dislocation slips dominated the creep feed grinding induced microstructure deformation of single crystal nickel-based superalloy.     

微互连接头的蠕变数值模拟及失效寿命预测

电子封装中的微互连接头失效是电子设备的主要失效原因之一.文中根据实际封装期间建立了一个1/8的板级封装组件有限元模型.对微互连接头的蠕变变形进行了数值模拟,并依据疲劳寿命模型进行了失效预测.模拟中的互连接头分别采用了两种钎料（Sn-3.8Ag-0.7Cu和63Sn-37Pb）进行定义,对比了两种钎料的变形及寿命.     

定向凝固合金叶片的疲劳断裂分析

对定向凝固合金叶片的断裂故障进行了分析，在断口观察与金相组织分析的基础上，对叶片的失效模式与失效原因进行了研究，并提出了预防该类故障发生的措施。结果表明，定向凝固合金叶片的断裂是由表面再结晶而导致的疲劳断裂失效。叶片表面的再结晶在叶片使用之前就已存在，是由于固溶热处理前叶片的表面存在塑性变形，在固溶热处理过程中形成的。