TiAl合金涡轮压缩损伤与拉伸断裂行为

为研究TiAl合金涡轮经压力作用后的组织损伤机制及性能弱化规律,设计了对TiAl合金涡轮先压缩再拉伸的实验方法。利用扫描电镜(SEM)对压缩后的涡轮轴颈表面及内部的滑移和微裂纹进行了分析,并观察了拉伸断口形貌。实验结果表明：随着前期涡轮所受的压力的增大,压缩后的TiAl涡轮剩余抗拉强度逐渐降低,当压力为610 MPa时,剩余抗拉强度仅为86 MPa,强度损失率高达70%。TiAl合金压缩过程中形成了以沿层裂纹为主、穿层裂纹为辅的变形损伤特征。与压缩轴成45°的最大剪应力方向上的沿层裂纹是TiAl合金压缩损伤的主要形式。压缩损伤后的TiAl合金涡轮拉伸断裂均发生在靠近涡轮浇铸冒口侧的细轴颈部位。受压变形后的片层组织中的微小裂纹在随后拉应力作用下继续扩展直至韧带桥被贯穿,小裂纹合并成大裂纹,在断口上表现出沿层和穿层的混合断裂形貌。     

柴油机增压器导风轮断口分析

我厂柴油机废气涡轮增压器导风轮是用LD7合金经自由锻、热处理、铣片、抛光和阳极氧化后使用的,在使用和试车过程中发生过多次叶片断裂故障。为了找出叶片断裂的原因,采取必要的改进措施,我们做了多次宏观和电子断口分析。     

缺口对铸造单一取向层片组织TiAl合金断裂行为的影响

研究了缺口对铸造单一取向层片组织TiAl合金断裂形貌特征和断裂机制的影响。通过对断口进行观察发现,缺口对单一取向的层片组织有较大影响。研究表明,在光滑试样的拉伸过程中,裂纹起源于试样内部,然后迅速扩展至断裂;在缺口试样的拉伸过程中,微裂纹于断口边缘产生,在切应力的作用下扩展、连接形成裂纹稳态扩展区,然后在正应变控制下从裂纹稳态扩展区向裂纹失稳扩展区过渡,同时试样失稳。     

TiAl低压涡轮叶片室温振动疲劳行为研究

基于TiAl低压涡轮叶片夹持榫头室温振动疲劳试验结果,分析总结TiAl低压涡轮叶片室温振动疲劳的行为特点。结果表明:叶片存在两种断裂位置,大多数叶片由榫槽底部高应力截面断裂,个别叶片由叶身铸造缺陷处断裂;叶片室温振动疲劳寿命具有较大分散性,疲劳寿命主要取决于裂纹萌生阶段的贡献,试验应力水平下叶片粗大的片层组织的尺寸、数量和分布位置会显著影响疲劳寿命,并增加疲劳寿命的分散性;叶片室温疲劳具有较高的缺陷敏感性,叶身排气边亚表面存在尺寸约0.4 mm的Al₂O₃、Y₂O₃铸造夹渣,改变了叶片的断裂位置和起源方式,形成亚表面铸造缺陷起源,并在源区附近出现沿晶断裂和光滑刻面特征,沿晶特征与等轴晶粒对应。     

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。     

带缺口的熔模铸造TiAl合金断裂特性的扫描电镜原位观察(英文)

采用感应凝壳熔炼技术和熔模铸造方法制备TiAl合金。在增量加载情况下,采用扫描电镜原位观察技术观察带缺口的熔模铸造TiAl合金试样的裂纹扩展和断裂特性。在拉伸变形的整个过程中,观察并分析裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程。结果表明,TiAl合金的断裂机制不仅对于缺口区域附近的微裂纹敏感,而且与层片方向和加载轴的位向有关。当局部应力大于TiAl合金的断裂韧性时,高的拉伸应力就会导致裂纹萌生、扩展直至断裂失效。因此,TiAl合金的塑性和高的拉伸应力导致带缺口的TiAl合金的断裂失效。     

具有优良高温性能的涡轮用TiAl合金——DAT-TA3的开发

日本大同特殊钢公司自1994年于世界上首次用TiAl合金制造了商用汽车涡轮增压器的涡轮以来,已经生产了超过12000个TiAl合金涡轮。但随着燃耗要求的不断提高,汽车涡轮发动机必须承受更高的排气温度,特别是承受直接排气的涡轮及壳体的耐用温度要求高达1500℃,因此又开发了具有更高耐热性的柴油发动机及低温汽油发动机用的DAT-TA1合金和高温汽油发动机用的DAT-TA2合金。     

航空发动机叶片箍段开裂原因分析

通过力学性能检测、外观及痕迹分析、断口分析及金相检验等方法对某航空发动机试车后涡轮叶片的开裂箍段进行分析。结果表明：箍段材料性能指标正常,晶粒度满足使用要求,箍段开裂与材质、工作环境无关;进一步进行室温故障模拟试验,发现在大应力条件下,箍段的断口形态与失效箍段一致,均呈现沿晶断裂特征;表明箍段失效是装配不当引起的异常应力导致的过载开裂,GH4049合金的材料特性决定了其在室温下过载断口呈现沿晶断裂特征。     

发动机Ⅰ级涡轮叶片裂纹分析

发动机在进行试车时发现Ⅰ级涡轮叶片在进气边出现裂纹。涡轮叶片材质为K465铸造高温合金,截至裂纹发现时,发动机累计工作时间为145 h。通过外观观察、断口观察、金相检查和温度热模拟试验等手段,分析了叶片裂纹的性质和原因。结果表明:Ⅰ级涡轮叶片裂纹性质为疲劳裂纹;叶片出现裂纹的原因是榫头型芯未脱除干净,榫头冷却通道堵塞,叶片超温造成组织和性能弱化,导致叶片在高温区萌生裂纹,提前失效;根据热模拟试验结果可以判断,叶片裂纹处承受温度在1 260℃以上。     

铁镍基K-32铸造高温合金

K-32合金是一种无钴铁镍基析出硬化型铸造高温合金,是在GH302变形合金的基础上调整C、B含量发展而成,具有较高的机械性能,较好的工艺性,在700℃以下使用合金性能较为稳定。该合金目前已应用于电站燃汽轮机涡轮铸造静叶片及柴油机涡轮增压器叶轮,获得满意效果。本文叙述了K-32合金的成份、组织和性能,特别是合金的长期组织稳定性和性能的变化规律。     

镍基单晶铸造气膜孔低周疲劳断裂特征研究

气膜孔结构作为一种重要的热防护技术广泛应用于涡轮叶片中。气膜孔的存在会引入制造缺陷、应力集中等不利因素,成为疲劳失效的主要诱因之一。本研究开展不同温度下镍基单晶铸造气膜孔低周疲劳试验,分析熔模铸造直接成型的气膜孔疲劳断裂特征。结果表明:不同温度下疲劳寿命取决于应力幅值;随温度降低,疲劳断裂路径由Mode-I型转换为晶体学平面断裂,断口形貌呈现出从类解理至韧性断裂特征。气膜孔周围微结构分析表明,在1000 ℃及循环应力作用下,氧化膜发生破裂形成氧化裂纹;在700 ℃条件下,疲劳裂纹形核主要由滑移累积导致;在850 ℃条件下,疲劳损伤由氧化损伤和滑移累积共同作用。晶体塑性有限元分析揭示铸造气膜孔疲劳断裂特征主要受气膜孔附近应力分布的影响。     

K488合金大尺寸涡轮叶片精铸工艺研究

大尺寸涡轮叶片是重型燃气轮机的关键核心部件,采用铸造高温合金K488无余量精密铸造而成,该叶片结构复杂,叶身尺寸大,壁厚薄,尺寸精度高,冶金技术标准要求严格,铸造工艺难度很大。设计采用了蜡模二次成型、反变形技术、顶注一侧注复合浇注系统的优化,解决了铸造过程中产生的疏松、裂纹、变形等缺陷,研制出了合格的大尺寸涡轮叶片。     

风电叶片复合材料弯曲损伤破坏声发射监测

通过对含纤维断裂缺陷的风电叶片玻璃钢复合材料三点弯曲试验,研究风电叶片复合材料弯曲损伤破坏及其声发射响应特征。试验研究表明,复合材料三点弯曲试件载荷一挠度曲线近似为直线,表面20层纤维断裂缺陷导致复合材料强度急剧下降;含中间20层纤维断裂缺陷试件与无缺陷试件相比,强度和刚度相差不大;纤维断裂缺陷使复合材料的破坏形式发生变化。声发射监测数据显示,风电叶片复合材料弯曲损伤破坏与声发射的幅度、能量、撞击、上升时间、持续时间和计数等参量特征相关。     

R14铝合金拔叉铸件断裂分析

车用R14铝合金拔叉铸件在使用过程中发生断裂。利用光电直读光谱仪、金相显微镜、扫描电子显微镜对发生断裂的压铸件的化学成分、组织、断口形貌和微区成分进行分析。结果表明:倒档拔叉R14铝合金材料化学成分、力学性能和表面硬度均合格,但其近表层的针孔度及截面突变处的R角均不符合设计要求;截面突变处存在的疏松缺陷及较大的应力集中使失效件承受拉应力时裂纹在疏松处萌生,在往复的拉压应力下裂纹快速扩展并最终导致断裂的发生;建议在拔叉铸件压铸成型后增加针孔度检查及增加截面突变处R值。     

Tensile,Compression and Fracture Properties of Thick-Walled Ductile Cast Iron Components

The article presents the outcome of a comprehensive program of tensile, compression and fracture toughness experiments, addressing thick-walled ductile cast iron inserts used for the production of three nuclear waste canisters. The resulting data are required as input to the assessment of the failure probability of the canisters. Moreover, these data are useful for the improvement of the casting technique as such. Although the same material specification is always used, material properties are found to show significant variation. Considerable attention is paid to linking the scatter in tensile properties to fractographic and microstructural observations. The main finding is that low ductility tensile test results can be primarily connected to the presence of specific casting defects, from which oxide films have the most detrimental effect. Another important observation is that compression experiments do not result in low ductility failure. During fracture testing, stable ductile crack propagation is observed. Basic fracture analysis of a tensile test is performed in order to better understand the effect of defect size, stress-strain behavior and fracture toughness on the ductility measured through tensile testing. Two opposing specimen size effects are observed.     

Ductility and fracture toughness issues related to implementation of NiAl for gas turbine applications

Progress made in improving properties of NiAl alloys to compete with single crystal Ni-base superalloys is described. NiAl turbine airfoils with complex design features were fabricated by a combination of casting and machining processes. Such airfoils were successfully component and engine tested. Key issues related to poor ductility and fracture toughness limiting the application of intermetallics are discussed. Progress made in resolving some of the issues is discussed. Some of the production implementation issues are also discussed.     

大型薄壁不锈钢水轮机下环的铸造工艺研究

分析了大型低碳不锈钢水轮机下环的铸造特点及难点,生产中采用了保温冒口,水玻璃砂造型,电弧炉熔炼和氩氧精炼等技术措施.结果表明,经过合理的工艺设计,减少了大型铸件的铸造缺陷,提高了铸件的内在质量,成功生产出了高质量的大型低碳不锈钢下环铸件.     

精密铸造三级动叶片缩松和缩孔缺陷的预测

采用SolidEdge造型软件和SRIFCast网格剖分软件作为前处理平台 ,实现了三级动叶片三维实体造型及非均匀网格的自动剖分。开发了铸件三维充型过程流体流动与传热的耦合模拟计算机程序。利用XUE判据和Niyama判据对三级动叶片凝固过程中缩松和缩孔缺陷的出现位置进行了预测。结果表明 :XUE判据能够准确预测三级动叶片铸件中缩松和缩孔缺陷出现的位置 ,对实际生产有一定的指导意义。     

消除风电轴承座铸件夹渣缺陷的铸造技术研究

轴承座为大型风力发电机组的重要零部件之一,属较为典型的球墨铸铁铸件,其在铸造生产过程中极易出现夹渣缺陷。对其夹渣缺陷形成机理进行理论分析,通过优化设计和实践验证形成有效的避渣浇注系统方案,消除铸件高动载荷区和轴承安装配合面的夹渣缺陷。