铸造高温合金涡轮叶片热冲击疲劳行为研究

为了研究不同材料涡轮叶片热冲击疲劳性能,采用感应加热热冲击试验装置对三种铸造高温合金涡轮叶片进行了试验研究。利用光学相机、视频显微镜和扫描电子显微镜对叶片表面裂纹形貌、叶片横截面和断口形貌进行观察。结果表明：单晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命长于定向晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命。定向晶涡轮叶片中添加Re元素延长了热冲击疲劳寿命。热冲击疲劳导致裂纹萌生于叶片中截面考核区并沿叶高方向扩展。裂纹的扩展方式与叶片合金成分及铸造工艺有关。     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

球墨铸铁热疲劳裂纹萌生和扩展行为研究

以球墨铸铁QT400-15为研究对象,研究上限温度在600~900℃范围内时其热疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明,热疲劳裂纹主要是在石墨与基体交界处或交界处附近萌生,氧化对裂纹的萌生和扩展起辅助作用。主裂纹从人工缺口出发,通过环形裂纹带、楔形或者条形裂纹与沿线裸露或者浅埋石墨连接,从而形成长裂纹。石墨的不圆整以及线性排列、上限温度超过共析转变温度均加速裂纹的萌生和扩展。     

Co-P合金镀层热疲劳裂纹萌生扩展的研究

对钢结硬质合金表面进行Co-P合金化学镀,对镀层进行25～680℃的热疲劳试验,研究了热疲劳裂纹在镀层的萌生与扩展特征。结果表明:热裂纹的出现包括孕育期、萌生期与扩展期;热裂纹优先在镀层表面应力最集中的区域萌生;在热裂纹萌生和扩展的同时伴随着氧化腐蚀,氧化腐蚀缩短裂纹的孕育期,促进裂纹的萌生。     

激光冲击TC17钛合金疲劳裂纹扩展试验

为研究激光冲击强化对钛合金试件疲劳性能的影响,在标准试件的裂纹扩展路径上设计了全强化和间隔强化两种不同的强化方案,研究激光冲击强化对试件疲劳寿命和裂纹稳定扩展时速率的影响规律,利用有限元数值模拟和X射线残余应力测试获得了试件的残余应力场分布状态,并对比分析了试件的断口形貌和微观组织特征。结果表明:相比于未强化试件,激光冲击强化后试件的平均疲劳寿命分别提高了2.14倍和1.90倍,两种不同的冲击强化方法分别降低钛合金试件的裂纹扩展速率24%和15%。间隔强化后试件表面产生-512 MPa的最大残余压应力,裂纹扩展的C′值为-7.3,m值为2.6,而强化间隔区引入最大值为82.4 MPa的残余拉应力,裂纹扩展速率急剧升高,C′值减小至-13.6,m值为8.0。当裂纹扩展到强化区时,扩展速率再次降低,激光冲击强化对TC17钛合金疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用。     

2397合金高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为

研究了2397-T87铝锂合金的高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。结果表明:在应力比R=0.1时,2397-T87铝锂合金L方向、LT方向和ST方向光滑试样(K_t=1.0)的疲劳寿命极限分别约为192,243和151 MPa;缺口试样(K_t=3.0)的疲劳寿命极限分别约为72,78和70 MPa。其疲劳裂纹主要萌生于试样表面,以及氧化物、夹杂等脱落形成的空洞,Al(CuFeMn)第二相杂质粒子。驻留滑移带(PSB)和晶粒取向对其疲劳裂纹早期扩展有重要影响。     

激光表面熔凝处理过共晶Al-Si合金的疲劳裂纹扩展行为

试验研究了Al-20%Si合金在激光表面熔凝处理后的显微组织特征及激光表面熔凝处理对合金疲劳裂纹扩展形为的影响。结果表明,激光表面熔凝处理使试验合金的显微组织得到了明显细化,熔凝层主要由细小的初生Si、-αAl及Al-Si共晶相组成,熔凝层的硬度显著提高;在应力比R为0.1和0.5的试验条件下,激光表面熔凝处理显著提高了试验合金的疲劳裂纹扩展抗力。     

单晶高温合金的冷热疲裂纹生长行为研究

研究了3种不同镍基高温合金在不同的热循环温度下的热疲劳性能.结果表明,单晶高温合金具有较好的热疲劳抗性,分别用光学显微镜和扫描电镜对热疲劳裂纹的萌生和扩展行为进行观察发现,裂纹首先在缺口处萌生,而在不同合金中裂纹的扩展行为具有显著差异.在单晶高温合金中裂纹的扩展方向与枝晶生长方向成45°,而在Mar-M002多晶定向合金中,裂纹则主要沿着枝晶间区域的共晶和碳化物进行扩展.扩展方式的不同对合金的热疲劳抗性会产生很大的影响.     

YG10硬质合金热冲击疲劳裂纹形成机制

研究了ＹＧ１０硬质合金热冲击疲劳裂纹的形成机制。试验结果表明,热冲击军裂纹的形成ｏ相界面微孔制的形核、长大和连通有关。文中还提出了微孔洞形核和长大的位错模型。     

激光冲击强化对TC6钛合金疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化(LSP)对TC6钛合金振动疲劳性能的影响。结果表明,利用LSP技术可在合金表层生成很大的残余压应力场,使合金表层生成纳米晶,大幅提高了试样的疲劳极限。     

激光冲击对GH742镍基合金疲劳短裂纹扩展的影响

对GH742镍基高温合金紧凑拉伸件预制裂纹,并分别进行1次及3次搭接激光冲击处理,利用复型技术和光学显微镜研究了镍基合金的裂纹起源、裂纹分布及尺寸演化全过程.结果表明,未作激光冲击强化试样形成的是沿晶裂纹,晶界处大量位错塞积群造成很高的应力集中;而经激光冲击强化后试样在远离冲击强化区域以裂纹群的形式萌生,且大约集中在同一时段萌生,疲劳后期萌生的新裂纹条数不多,且激光冲击作用的次数越多,裂纹扩展速率越小,激光冲击处理产生的强化效应能大大降低裂纹扩展速率,在某些强化区还能明显提高应力强度因子门槛值.     

激光表面熔凝处理对共晶铝硅合金疲劳裂纹扩展的影响

研究了共晶铝硅合金在激光表面熔凝处理后的显微组织变化及激光表面熔凝处理对合金疲劳裂纹扩展的影响.结果表明,激光表面熔凝处理使试验合金的表层微观组织发生显著变化,熔凝层中的初生α-Al枝晶相和共晶Si相均有明显细化,熔凝层的硬度显著提高;在应力比R为0.1和0.5的试验条件下,激光表面熔凝处理能显著提高共晶铝硅合金的疲劳裂纹扩展抗力.     

2524-T34合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为

通过四点弯曲疲劳试验研究2524-T34板材的疲劳性能,借助金相和扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明:2524合金具有良好的疲劳性能,疲劳强度达到屈服强度的80%以上;疲劳裂纹主要在第二相粒子以及第二相粒子/基体界面萌生,裂纹扩展过程中的偏转与晶界的阻碍有关;相邻晶粒内两个有利滑移面之间的位向差是控制裂纹通过晶界扩展的重要因素。     

Effects of laser shock processing,solid solution and aging,and cryogenic treatments on microstructure and thermal fatigue performance of ZCuAl10Fe3Mn2 alloy

The materials used in variable temperature conditions are required to have excellent thermal fatigue performance. The effects of laser shock processing (LSP), solid solution and aging treatment (T6), and cryogenic treatment (CT) on both microstructure and thermal fatigue performance of ZCuAl₁₀Fe₃Mn₂ alloys were studied. Microstructure and crack morphology were then examined by scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The result showed that, after being subjected to the combination treatment of T6+CT+LSP, the optimal mechanical properties and thermal fatigue performance were obtained for the ZCuAl₁₀Fe₃Mn₂ alloy with the tensile strength, hardness, and elongation of 720 MPa, 300.16 HB, and 16%, respectively, and the thermal fatigue life could reach 7,100 cycles when the crack length was 0.1 mm. Moreover, the ZCuAl₁₀Fe₃Mn₂ after combination treatment shows high resistance to oxidation, good adhesion between the matrix and grain boundaries, and dramatically reduced growth rate of crack. During thermal fatigue testing, under the combined action of thermal and alternating stresses, the microstructure around the sample notch oxidized and became loose and porous, which then converted to micro-cracks. Fatigue crack expanded along the grain boundary in the early stage. In the later stage, under the cyclic stress accumulation, the oxidized microstructure separated from the matrix, and the fatigue crack expanded in both intergranular and transgranular ways. The main crack was thick, and the path was meandering.     

2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为(英文)

研究2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为。在室温条件下,采用光滑试样进行疲劳测试,其中最大应力为恒定值,应力比R为0.1,频率f为40 Hz。利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜及电子背散射衍射等手段对合金的微观组织进行分析,研究合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为与其微观组织的关系。结果表明:2A97合金的疲劳裂纹主要萌生于试样表面的杂质相和粗大第二相处;其疲劳裂纹的早期扩展行为主要受晶粒结构与位错或滑移带共同作用的影响。当相邻晶粒的错配度接近于其晶内的最优滑移面的位向差时,大角度晶界强烈阻碍滑移带的运动,从而导致裂纹分叉和偏折。     

Al2O3sf/ZL109复合材料的热疲劳短裂纹的扩展行为

在室温至２８０℃间热循环条件下,研究了体积百分含量１８％的氧化铝短纤维增强ＺＬ１０９铝－硅合金复合材料和基体ＺＬ１０９铝－硅合金的热军短裂纹扩展行为,并且探讨和复皮劳裂纹的形成机制和扩展过程。研究结果显示,短裂纹扩展阶段,热疲劳裂纹与增强体纤维有明显的交互作用,但复合材料的皮劳短裂纹扩展速率比基体合金的大,加强基体与纤维的界面结合,提高纤维质量,可望提高复合材料的热疲劳裂纹扩展抗力。     

钼合金MoSi2涂层高温热震行为与裂纹扩展

采用料浆烧结法在钼合金表面制备了MoSi₂涂层,利用内热法测试了涂层室温～1600℃抗热震性能,通过扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、波谱分析(WDS)和X射线衍射(XRD)等测试手段分析了不同热震次数的涂层微观形貌、组织结构以及裂纹萌生扩展。结果表明：涂层可承受室温～1600℃热震400次,热震过程中涂层由原始的MoSi₂-Mo₅Si₃双层结构演变为SiO₂-MoSi₂-Mo₅Si₃多层结构,涂层热震初期形成纵向裂纹并不断向基体扩展,热震后期裂纹贯穿涂层到达基体,MoO₃挥发使涂层/基体界面应力增大产生横向裂纹,导致涂层剥落失效。     

Effect of laser shock processing on residual stress and fatigue behavior of 6061-T651 aluminum alloy

Laser shock processing is a very new technique and an emerging modem process that generates compressive stresses much deeper into the surfaces of metals or alloys. A brief parametric study of the effect of laser parameters on fatigue behavior and residual stress state generated in 6061-T651 alloy specimens was summarized. Residual stress of 6061-T651 alloy was analyzed both before and after laser processing with multishocks. The material remains in compressive residual stress of approximate 1 mm in depth which is approximately 10 times deeper than that can be achieved with the conventional technique, and the maximal compressive residual stress at the surface of the sample is about -350MPa. Near the surface, yield strength and hardness are found to be increased by the laser shock. The ratio of fatigue crack initiation life for the laser-shocked to unshocked specimens is found to be 4.9 for specimens. The results clearly show that LSP is an effective surface treatment technique for improving the fatigue performance of aluminum alloys.     

含Sc航空7075合金的疲劳裂纹萌生及扩展行为

对不同含量Sc微合金化的7075合金进行了疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展的对比研究,并对其作用机理进行了分析。结果表明,随着Sc含量的增加,合金的疲劳萌生寿命和强度比都呈现先增加而后降低趋势,在Sc含量为0.24%时,疲劳萌生寿命和强度比最大;当应力比为0.1时,在Sc含量为0.24%时合金具有最大的疲劳裂纹扩展阻力,而当应力比为0.5时,在Sc含量为0.48%时合金具有最大的疲劳裂纹扩展阻力,这可能与细小的晶粒尺寸和较多的第二相阻碍裂纹扩展有关。总而言之,在7075合金中加入0.24%Sc具有最佳的疲劳性能和断裂韧性。