GH536合金高温低周疲劳/蠕变交互作用性能研究

在对镍基高温合金 GH5 3 6在三种不同温度下含保载的低循环疲劳 /蠕变试验中发现 ,蠕变变形的增加导致了疲劳寿命的降低。另外 ,给出了材料的蠕变应变 -寿命关系 ,讨论了材料的疲劳 /蠕变特性随温度的变化     

合金GH4169的高温多轴疲劳特性与蠕变行为研究

以薄壁管试样为研究对象,在高温下进行拉扭组合的比例与非比例循环加载,对GH4169镍基合金材料的循环硬化软化特性、塑性应变特征以及蠕变行为进行分析.研究结果表明,高温下GH4169材料的循环硬化软化与等效应变幅值、温度、应变加载路径和加载频率相关,在无保持时间的高温疲劳试验中仍然存在蠕变现象.微观结构分析显示在等效应变为0.8%的试件断口中有混合断裂特征,说明材料承受着疲劳和蠕变共同作用.     

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳性能

对国产GH4169镍基高温合金进行了总应变控制的高温低周疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了断口形貌。结果表明:试验合金具有较好的高温低周疲劳性能,与进口Inconel 718镍基合金的相近,但在较低的总应变范围下比Inconel 718合金的疲劳寿命要低;该合金在不同总应变范围下都表现出明显的循环软化行为;合金试样的疲劳断口呈多裂纹源性,疲劳源数量随总应变范围的降低和疲劳寿命的延长而减少;疲劳裂纹都萌生于表面,穿晶扩展到一定径向深度时,会出现沿晶扩展特征。     

激光冲击强化对镍基高温合金疲劳寿命的研究

对镍基高温合金GH742疲劳试样进行了激光冲击强化处理,对强化后的试样首先进行了残余应力测试,发现处理后的试样表层产生了很高的残余压应力;然后进行拉一拉疲劳试验,结果表明激光冲击强化能显著提高镍基高温合金的疲劳寿命;最后从断口分析的角度解释了激光冲击强化改善材料疲劳性能的原因.     

不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%～1.2%)、应力控制(应力幅在230～300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明：在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin...     

高温比例与非比例加载下多轴疲劳寿命预测

针对拉扭多轴疲劳加载情况，分析最大剪切平面上的应变特性。利用临界损伤平面原理确定不同加载参数下的临界损伤平面，在此基础上提出一种基于单轴疲劳材料常数和高温蠕变特性的高温多轴疲劳寿命预测模型。利用高温合金材料GH4169薄壁管疲劳试样在控制应变拉扭循环加载下的试验数据，对所提出的寿命模型进行验证。结果表明，在高温低周拉扭循环加载下，所提出的高温疲劳寿命预测模型可以较好地预测高温疲劳寿命。     

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。     

GH4169高温合金的动态力学行为及其本构关系

采用材料试验机对GH4169高温合金光滑试样与缺口试样进行应变速率为0.000 1～0.010 0s-1下的室温准静态拉伸试验,再利用分离式霍普金森拉、压杆装置进行温度为20～400℃、应变速率为1×102～4×103 s-1下的动态拉伸、压缩试验,得到准静态和动态下的真应力-真应变曲线与失效应变;根据试验数据,采用分步拟合法确定了Johnson-Cook材料模型和失效模型参数,基于Johnson-Cook模型对动态压缩行为进行模拟,并进行试验验证。结果表明:GH4169高温合金的屈服强度随应变速率的增大而增大,随试验温度的升高而降低,该合金具有应变速率强化效应和温度软化效应;模拟结果与试验结果吻合得较好,真应力-真应变曲线的最大相对误差为5.91%,表明经修正后的Johnson-Cook模型可较好地描述GH4169高温合金的动态力学行为。     

热处理对GH4169合金组织及低周疲劳寿命的影响

采用三种热处理工艺对GH4169合金进行处理,研究了处理后合金相应的显微组织以及在应变幅1.0%,0.8%和0.5%下的常温低周疲劳性能。结果表明:采用三种工艺热处理后,GH4169合金的组织中均析出了δ相,热处理前后的晶粒尺寸相差较小;在固溶和双时效处理之间增加了900℃固溶处理后,δ相在合金中的析出量增加,且保温时间长的δ相含量更多;GH4169合金的疲劳寿命几乎不受δ相析出量的影响,其疲劳断口在相同应变幅下都呈现出相似的形貌,裂纹源数量均随着应变幅的增加而增多。     

不同应变比下GH3030合金的高温低周疲劳行为

对镍基高温合金GH3030在600℃进行了总应变控制的低周疲劳(LCF)试验,对不同应变比(-1和0.1)下的应力-应变滞后回线、循环应力响应、应变寿命关系及低周疲劳断口形貌进行了研究。结果表明:在高应变水平时,试验合金表现为明显的循环硬化现象,在低应变水平下,则表现先软化后硬化的现象;在不同的应变比下,应力-应变滞后回线的形状比较接近,同一应变水平下疲劳寿命差别不明显,疲劳断口裂纹扩展区均可见轮胎花样特征。     

轴向和法向应力对DD3和DZ125镍基合金微动疲劳性能的影响

在自行设计的微动疲劳试验装置上进行了各向异性镍基合金DD3和DZ125与粉末高温镍基合金FGH95配对接触的微动疲劳试验,对接触区域萌生裂纹的断口形貌进行了观察,分析了轴向和法向应力对微动疲劳寿命以及微动接触区最大等效应力(Von-Mises等效应力)、滑移幅值、法向应变幅值等微动疲劳参数的影响。结果表明:保持法向应力不变,增大轴向应力将会降低DD3和DZ125合金的微动疲劳寿命;保持轴向应力不变,法向应力对微动疲劳寿命的影响不如轴向应力的显著;微动接触区域的最大等效应力和法向应变幅值受法向应力和轴向应力的共同影响,而滑移幅值仅受轴向应力的影响。     

TP347H的高温蠕变-疲劳交互规律

对TP347H不锈钢进在550℃下纯疲劳及550℃下的蠕变-疲劳交互下的微观组织演化及疲劳寿命变化进行研究。断口的扫描电镜形貌表明在蠕变-疲劳交互下存在高温动态回复,使得蠕变-疲劳断口未形成二次裂纹与解理面,而在纯疲劳下存在较多二次裂纹与解理面;透射电镜形貌表明在蠕变疲劳交互下金属内部局部会形成清晰的位错墙和位错胞结构,错增殖密度相对于纯疲劳也大大降低,此时材料的循环软化特征明显,因此蠕变-疲劳交互会导致材料的疲劳寿命显著降低。对不同应变幅下TP347H的蠕变-疲劳寿命试验证明不同应变幅下TP347不锈钢的蠕变-疲劳循环寿命相对于纯疲劳条件下都有降低,降低的程度随应变幅的增加而增大。     

GH4169镍基高温合金表面加工硬化研究

基于高速铣削GH4169镍基高温合金正交试验,借助截面法对每组加工参数下得到的材料表面进行硬度测量,记录并分析所得硬度值。通过分析可知,GH4169镍基高温合金加工性能差,加工硬化程度在110.5%-127.5%之间。通过对正交试验数据的极差分析,得到对其表面加工硬化影响的主次因素依次是铣削速度、切削深度、每齿进给量。并且随着铣削速度的增加,GH4169镍基高温合金的表面加工硬化程度逐渐降低;随着切削深度的增加,高温合金的表面加工硬化程度逐渐升高;每齿进给量对高温合金的表面加工硬化的影响很小。     

离子注入对高温合金蠕变／疲劳特性的影响及寿命预测

研究了GH4169合金离子注入对蠕变/疲劳特性的影响,并应用应变能区分（SEP）法预测该合金在650℃的蠕变/疲劳寿命,给出了SEP寿命预测方程,试验结果表明离子注入法具有多种强化机制共同作用于合金使其强化,达到最佳的强化效果以延长使用寿命。     

高效铣削镍基高温合金GH4169的有限元数值模拟

在DEFORM软件中,根据实际加工情况建立整体硬质合金立铣刀加工镍基高温合金GH4169的三维有限元仿真分析模型。针对镍基高温合金GH4169加工效率低和切削刃磨损严重的问题,采用单因素试验法仿真探讨了切削用量(v、f_z、a_p、a_e)对切削力和切削温度的影响规律。获得了能有效提高镍基高温合金GH4169加工效率的切削用量,为实际加工中实现高效铣削镍基高温合金切削用量的选择提供依据。     

高温合金IC10的疲劳行为研究

IC10是一种新型定向凝固高温合金,为了研究其在高温环境不同载荷下的疲劳行为,开展了600℃下的拉-压疲劳试验,获得IC10合金高温疲劳下不同应变幅循环响应曲线;对试样断口组织和微观结构形貌进行观测分析,判断不同应变水平下的循环断裂机理。     

GH4169镍基高温合金的超高周疲劳性能

在室温下使用超声疲劳试验机对GH4169镍基高温合金进行了105~108周次的疲劳试验,获得了S-N曲线并观察了疲劳断口形貌。结果表明:S-N曲线呈逐渐下降的趋势,没有出现疲劳极限,在超过107周次的循环后试样仍发生疲劳破坏;疲劳裂纹的萌生位置并未随S-N曲线的下降呈现出规律性,裂纹主要萌生于试样表面,少量萌生于试样内部;在超声疲劳载荷作用下试样同时存在塑性和脆性两种破坏方式。     

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳损伤机理

对经过固溶+双时效热处理后的GH4169镍基高温合金进行650℃高温低周疲劳试验,研究了不同应力幅(550,600,650 MPa)下的循环响应特性,并观察了疲劳断口和二次裂纹形貌,分析了不同应力幅下的损伤机理。结果表明:不同应力幅下试验合金均表现出循环软化特性,且随着应力幅的增加,循环软化程度增强;当应力幅为550 MPa时,裂纹的扩展模式为穿晶扩展,二次裂纹主要在夹杂物和滑移带处萌生;当应力幅为650MPa时,裂纹的扩展模式为穿晶-沿晶混合扩展,二次裂纹主要萌生于晶界和滑移带处;试验合金的变形机制由低应力幅时的平面滑移向高应力幅的交滑移转变。     

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。     

高温合金GH4169疲劳裂纹尖端组织观察

本文通过透射电镜观察分析了高温合金GH4169疲劳裂纹尖端的组织,比较了裂纹附近组织与基体组织的异同,对深入探索GH4169合金裂纹形成机制具有重要意义。研究结果表明：GH4169合金裂纹两侧及裂纹前端存在大量挛晶,挛晶主要分布在距裂纹表面10-20um深度范围内;对这种高温合金而言,高应变速率下,孪生是主要变形机制之一;用高分辨电镜观察裂纹截面试样,发现挛晶层与裂纹表面之间还有一层多晶组织,主要由GH4169合金中的面心立方结构Y相组成,多晶层厚度约200—500nm。