粉末冶金高温合金FGH97的低周疲劳断裂特征

研究了粉末冶金镍基高温合金FGH97在650℃,30—980 MPa,1 Hz实验条件下的低周疲劳断口的宏观及微观特征,裂纹源的类型及其形貌特征,以及裂纹源的位置、缺陷类型、形状和尺寸对低周疲劳寿命的影响.结果表明,在本次实验条件下该合金的低周疲劳寿命均超过了5000 cyc;统计得出,低周疲劳断口裂纹源在表面的试样占23%,在亚表面的占47%,在试样内部的占30%;裂纹源分平台、粉末颗粒、夹杂物3种类型,其中平台类型约占5%,粉末颗粒间断裂占15%,夹杂物占80%.由统计分析和计算得出,不同类型裂纹源对疲劳寿命的影响程度不同:夹杂物最严重,其次为异常粉末颗粒,再次为局部塑性变形.     

夹杂物尺寸及分布对FGH97高温合金低周疲劳性能的影响

利用扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜、低周疲劳试验机研究了镍基粉末高温合金FGH97材料650℃低周疲劳性能与断口夹杂物尺寸、面积及分布的关系。结果表明:FGH97热等静压材料低周疲劳裂纹源主要由非金属夹杂物引起。非金属夹杂物尺寸小于临界值(约80μm)时,夹杂物尺寸和位置对650℃最大应力980 MPa低周疲劳寿命无明显影响,疲劳寿命均值达到190 992周次。当夹杂物尺寸超过临界值(约80μm)时,则夹杂物尺寸越大,越靠近表面,低周疲劳寿命越低。因此,控制夹杂物尺寸是提高FGH97高温合金低周疲劳寿命的有效方法。     

镍基粉末冶金FGH95高温合金的拉伸及低周疲劳性能研究

在420～650℃的温度范围内,研究了PM FGH95高温合金在应变率0.0001～0.01 s-1范围内的拉伸性能及在不同应力比R=-1及R=0下的低周疲劳性能.拉伸试验结果表明:在此温度范围内,应变率对弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量的影响可以忽略不计;并且应变率自0.0001 s-1增大至0.01 s-1时,弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量受温度的影响也不明显.PM FGH95合金受材料微结构的影响很大,材料含有的微缺陷对其力学性能有非常不利的影响.LCF试验结果表明:PM FGH95合金是循环硬化材料.当应力比R=-1时,温度对LCF寿命的影响很小;但在应力比R=0时,LCF寿命受温度的影响很大,且随着温度的增加材料的低周疲劳寿命减小.SEM断口扫描发现,断裂表面有很多的解理面,但没有疲劳条带,且此断裂模式下没有明显的塑性变形,所以FGH95合金的低周疲劳寿命几乎是由裂纹萌生阶段决定的.     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响

通过人工植入夹杂物的方法,制备含不同尺寸Al2O3和SiO2夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量研究了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了低周疲劳寿命与夹杂物特性的关系.结果 表明,应变幅为0.8％时,疲劳源区以...     

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为的研究

本文研究了氩气雾化制粉+热等静压工艺成型所制备的粉末高温合金FGH97在650℃下的疲劳裂纹扩展性能,并与俄制旋转电极制粉+热等静压工艺成型的EP741NP合金盘件进行对比；重点分析了不同制粉工艺、氧含量、晶粒度、γ"尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响。结果表明：氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的FGH97合金试验盘具有比俄制旋转电极制粉+热等静压工艺制备的EP741NP合金盘件更好的疲劳裂纹扩展抗力；分析发现晶粒度对氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的试验盘裂纹扩展性能影响较为明显,晶粒度越大,疲劳裂纹扩展速率越低；γ"相尺寸的影响次之,在一定范围内γ"相尺寸增大,疲劳裂纹扩展速率略为降低；而氧含量在100~150ppm范围内对疲劳裂纹扩展性能无显著影响。     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响及寿命预测

本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法,制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明,应变幅为0.8%,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时,建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式,研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响,在一定夹杂物尺寸范围内,SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命,同时,研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。     

应力控制条件下奥氏体不锈钢的低周疲劳性能

以JIS SUS 304和SUS 304N为实验材料,在应力控制条件下研究了两种奥氏体不锈钢的低周疲劳性能.结果表明:（1）在低应力区（σa<430 MPa）,SUS 304N的疲劳寿命高于SUS 304的疲劳寿命;但在高应力区（σa>430 MPa）,静强度较高的SUS 304N的疲劳寿命反而低于SUS 304的疲劳寿命.（2）SUS 304中疲劳微裂纹萌生的循环次数比远小于SUS　304N.在低应力区,SUS　304中的疲劳微裂纹萌生后。其扩展速率大于SUS　304N;但在高应力区,SUS　304中的疲劳微裂纹萌生后,其扩展速率小于SUS 304N,使它在高应力区的疲劳寿命超过了SUS 304N.（3）添加氮元素后.奥氏体组织的稳定性得到提高.疲劳实验过程中SUS 304发生了显著的应变诱发马氏体转变,而SUS 304N基本未发生此现象.     

Ti—31合金的低周疲劳性能研究

根据工况的需求研究了魏氏组Ｔｉ－３１合金的低周疲劳性能。结果表明，在循环载荷下，Ｔｉ－３１合金表现出很好的循环稳定性，但它是循环软化材料。其裂纹萌生于α与β相界和α板条内，裂纹扩展区内有大量二次裂纹生成。同时还回归出Ｔｉ－３１合金的低周疲劳寿命公式，并指出其过渡寿命ＮＴ为５５６次。比较了具有相同显微魏氏组织的Ｔｉ－３１合金与ＩＭＩ８２９钛合金的低周疲劳性能，二者性能相当。     

GH4698合金高温低周疲劳性能分析

研究了GH4698合金650℃时应变控制条件下的高温低周疲劳性能。结合疲劳试验数据,分析了合金的循环应力响应、循环应变响应及应力应变滞后回线,探讨了GH4698合金的疲劳性能。结果表明:GH4698合金在应变幅较低时具有良好的抗疲劳性能,而在较高应变幅时抗疲劳性能较差;在应变幅较低时合金会发生循环硬化和软化现象,而在应变幅较高时合金只发生循环硬化现象;随着应变幅的增加合金的循环韧性提高。     

超临界水冷堆候选高温合金低周疲劳性能研究

采用MTS材料试验机研究了作为超临界水冷堆候选材料的Inconel-718、Incoloy-825、Incoloy-800H 3种高温合金,在650℃和室温、±0.5%应变幅的低周疲劳性能,并采用扫描电镜对试验后样品进行了断口分析。结果表明:在两种温度条件下,718的疲劳寿命均最高。温度对3种高温合金的稳态迟滞回线面积和弹性变形量几乎无影响;718的稳态迟滞回线面积远低于825和800H,而弹性变形量几乎达到825和800H的2倍,有利于提高其疲劳寿命。在循环变形过程中,718呈循环软化状态,825和800H呈先循环硬化再循环饱和状态,且在高温下循环硬化效应更明显。在650℃低周疲劳试验后,718样品断口表面的疲劳间距不足1μm,而对于825和800H则分别达到2.28和2~20μm,进一步表明了718在3种材料中低周疲劳性能最好。     

氩气雾化制粉FGH97高温合金组织和性能研究

利用扫描电子显微镜、金相显微镜等研究了氩气雾化制粉(Argon Atomization,AA )+热等静压(Hot Isothermal Pressing ,HIP)的FGH97合金显微组织、夹杂物、原始颗粒边界（Prior Particle Boundary,PPB）、热诱导孔洞（Thermally induced porosity,TIP）等冶金缺陷,统计分析了室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能及650℃低周疲劳寿命。试验结果表明：AA + HIP +热处理制备的FGH97材料晶粒度为ASTM8-9级,未发现连续网状的PPB,存在极少量的TIP。晶内γ′多数为正方形,尺寸约为200nm,晶界γ′为1.5～2 μm的长方形,未见粗大γ′相及粗大碳化物。650℃/980MPa 持久时间均值449 h。650℃低周疲劳寿命最大值258909周次,均值达到190014周次。室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能以及650℃低周疲劳寿命均满足FGH97合金技术要求。     

一种新型镍基粉末高温合金组织与性能研究

利用扫描电子显微镜、光学显微镜、疲劳试验机、拉伸试验机等研究了一种新型镍基粉末高温合金（WZ-A3）不同状态下的显微组织、拉伸性能、低周疲劳性能及其断口形貌。结果表明：1150℃挤压消除了合金热等静压残余的粉末原始颗粒边界（Previous Particle Boundary,PPB）。随着温度提高,热等静压+热处理（WZ-A3-HIP）和热等静压+热挤压+热处理（WZ-A3-HEX）两种状态样品拉伸强度呈现出先下降（室温到400℃）到不变（400~550℃）再下降（550~800℃）的变化规律。观察拉伸断口发现室温PPB降低了WZ-A3-HIP样品延伸率,700℃升高800℃时两种状态样品断口由穿晶-沿晶混合型转变为沿晶断裂模式为主。小应变（0.6%、0.8%）控制疲劳时,WZ-A3-HEX样品疲劳寿命值优于WZ-A3-HIP,后者裂纹源主要由夹杂物引起。大应变（1.0%、1.2%、1.4%）时,两种状态样品寿命值接近。应变1.2%时,疲劳裂纹源均为多源平台型断裂。     

铪对粉末冶金高温合金FGH97粉末颗粒的影响

研究了不同Hf含量的FGH97合金松散粉末和断口中粉末的组织及析出相。结果表明,粉末颗粒内部的碳化物主要是富Nb、Ti、Hf的MC型碳化物,同时发现粉末颗粒内部存在Zr的氧化物。Hf能进入到粉末颗粒中MC碳化物内,并促进稳定MC碳化物的析出,适量的Hf有利于消除合金中原始粉末颗粒边界(PPB)。粉末颗粒表面的Hf以HfC和HfO2复合形式存在,Hf含量大于0.6%时会对PPB有不利影响。     

FGH97合金的显微组织

结合FGH97合金的制备工艺,采用显微组织观察等手段,对合金的显微组织进行了分析研究与讨论,结果表明,直接热等静压成形的FGH97合金的晶粒组织均匀,晶粒度为6～7级;合金中的Hf元素对减少合金中的原始颗粒边界(PPB)有着显著作用,同时,Hf元素会进入γ'相和碳化物,提高γ'相的强度和碳化物的稳定性;合金的显微组织具有弯晶特点,这对合金的塑性和韧性非常重要.     

细晶铸造对K418B合金显微组织及力学性能的影响

研究了细晶铸造对Ｋ４１８Ｂ合金显微组织及力学性能的影响。结果表明，细晶铸造改善了合金中初生ＭＣ和γ′相的分布形态，并使它们的平均尺寸减小。细晶铸造Ｋ４１８Ｂ合金在６５０℃的低周疲劳寿命至少是普通铸造的４倍。     

压力对Al-5.0Cu-0.4Mn合金疲劳塑性应变能的影响

采用低周疲劳性能测试研究了不同压力对Al-5.0Cu-0.4Mn合金低周疲劳塑性应变能的影响。结果表明,不同压力下挤压铸造Al-5.0Cu-0.4Mn合金的塑性应变能密度均随着循环周次的增加而减小,并且压力越大,合金的塑性应变能密度下降的幅度越大;合金的塑性应变能密度跟循环应变幅的大小相关,同一应变幅下,压力下成形的合金塑性应变能密度更大;压力下塑性应变能密度差别在低寿命区比高寿命区大;压力越大,合金抵抗低周疲劳破坏的能力越好。