CrMoW转子钢高温超高周疲劳与微观组织研究

利用旋转弯曲疲劳试验机,进行超超临界汽轮机CrMoW转子钢在常温与600 ℃条件下超高周疲劳行为的研究。采用透射电子显微镜TEM和扫描电子显微镜SEM分析试样疲劳前后显微结构以及试样的表面与断口。研究结果发现,常温下的S-N曲线在疲劳寿命为5×106周次处出现拐点,但600 ℃条件下,S-N曲线呈现连续下降趋势。高温疲劳后材料的显微组织仍为典型的马氏板条体结构,但马氏体组织退化明显,出现板条碎化,板条界移动或者吞灭,位错密度下降,碳化物粗化、球化以及链状分布等现象。SEM分析表明,高温试样表面产生氧化膜,降低了试样的疲劳性能。常温与600 ℃下,疲劳裂纹主要萌生于试样表面,高温下试样裂纹萌生区发现夹杂,其裂纹萌生是表面裂纹起源和亚表面夹杂物相耦合的结果。     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

TC17高温高周旋转弯曲疲劳实验研究

本文利用高温旋转弯曲疲劳试验系统,完成了用于航空发动机的高强钛合金TC17在常温、200℃和350℃条件下的疲劳性能的实验,主要研究了温度对TC17疲劳强度和裂纹扩展率的影响. 通过测量试件在试验过程中的挠度变化,对比分析了不同温度下的疲劳裂纹扩展速率.并通过断口分析研究了裂纹萌生与扩展行为.本研究结果发现,在TC17高周疲劳破坏过程中,裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命90%以上,高温不仅促进了裂纹的萌生而且促进了裂纹的扩展.