不同保载时间下FGH96粉末高温合金疲劳-蠕变试验研究

对航空发动机涡轮盘的典型材料FGH96粉末高温合金不同保载时间下的疲劳-蠕变变形特性及微观损伤机理进行了试验研究。开展了550℃下不同保载时间的低周疲劳-蠕变试验,讨论了保载时间对FGH96合金应力-应变曲线、循环应变响应、疲劳-蠕变寿命及损伤机理的影响。结果表明:保载时间对FGH96合金疲劳-蠕变变形特性有显著影响,随着保载时间的增加,非弹性应变迟滞能增大,稳态滞回曲线发生右移,包络应变及包络应变率增加,疲劳-蠕变寿命先呈指数减小后趋于平稳,蠕变损伤逐渐起主导作用。断口分析表明:保载时间的引入使得断面呈现出多裂纹源特征,断裂模式由穿晶断裂向穿晶-沿晶混合断裂转变,裂纹扩展区存在滑移带及少量韧窝,瞬断区韧窝特征明显。     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关.应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高.     

基于DSCM的岩石蠕变变形场演化试验研究

采用分级加载方式对一种红砂岩试件进行单轴压缩蠕变试验,通过Charge-Coupled De-vice(CCD)相机采集加载全过程的试件表面散斑图像,以白光数字散斑相关方法(DSCM)对分级加载不同阶段试件表面变形场演化及裂隙位移演化进行观测和分析.结果表明:在分级加载过程中,试件的瞬时变形量随着载荷的增加而减小,蠕变变形量随着载荷的增加而增加;低应力水平,试件处于均匀变形状态,不发生蠕变或蠕变量较小;中等应力水平,裂隙产生及裂隙在整个恒载期间未发生蠕变扩展的变形累积阶段;高应力水平,裂隙在恒载初期的变形累积到恒载后期的裂隙稳定蠕变扩展,最终加速蠕变扩展;当岩石试件变形出现裂隙区域后,裂隙的位移错动和位移拉伸直接影响了岩石蠕变位移特征.裂隙的位移错动速率包括减速错动、稳定错动和加速错动3种形式.     

2.25Cr-1Mo材料蠕变／疲劳交互作用下寿命评价

采用2.25Cr—1Mo无预裂纹和带预裂纹环状缺口圆柱形试样,进行了多维应力状态下无保持周期应变控制的高温低周疲劳试验,利用有限元程序对试样缺口周围及裂纹尖端附近的应力、应变场进行了分析,分别得到用当量弹性应变范围Δε_e、当量塑性应变范围Δε_p、当量蠕变应变范围Δε_c和当量应变范围Δε表示的材料在400℃、0.2％s~(-1)应变速率下的高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命方程。利用Matlab对试验结果进行非线性多元回归,得到用疲劳成分、蠕变成分和蠕变/疲劳交互作用成分三者的非线性组合来表征的材料无保持周期应变控制的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命评价方程,即认为整个试样的失效过程中存在着蠕变/疲劳交互作用,正是这种蠕变/疲劳交互作用的存在导致了试样或构件的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的降低,定量的表征了蠕变/疲劳交互作用对材料疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的影响。     

表面裂纹蠕变分析的蠕变线弹簧模型

利用弹塑性断裂力学的工程估算法及等时应力应变的概念，在弹塑性线弹簧模型的基础上提出了一个三维裂纹蠕变断裂力学分析的蠕变线弹簧模型方法，并建立了有关基本方程，计算了国产２Ｃｒ－１Ｍｏ钢表面裂纹板的高温（５６５℃）蠕变断裂力学参量，从而为进一步研究三维表面裂纹蠕变扩展及寿命预报提供了基础。     

基于微观胞元的镍基单晶合金应力松弛数值模拟

对DD3镍基单晶高温合金薄壁圆筒试样在680 ℃进行了拉/扭低周疲劳试验,基于单晶合金的微观结构特性,建立了γ/γ′双相微观多胞元力学模型,采用双线性随动Hill硬化模型,对试样进行拉/扭循环位移加载有限元数值模拟。研究结果表明：高温非对称循环载荷下,试样轴向表现出应力松弛行为和非弹性形变累积,其中基体相最先出现塑性累积变形,导致低周疲劳破坏。数值模拟研究发现,使用单个胞元模型进行拉/扭多轴位移加载,会出现边界应力畸变现象,与试验结果不相吻合,而采用多个胞元力学模型则可以避免发生边界应力畸变现象,能够更好地模拟高温非对称循环载荷下的应力松弛行为和对单晶合金进行应力弱化损伤研究。     

晶体取向对一种单晶镍基合金高温蠕变性能的影响

研究了一种镍基单晶高温合金CM186LC在两个晶体取向下的高温蠕变性能。在不同的温度压力条件下,对[001]和[011]取向试样均进行拉伸蠕变试验,并用扫描电子显微镜观察各试样断口的微观结构特征。蠕变试验结果显示:在750℃/700 MPa和900℃/320 MPa的蠕变试验条件下,[001]晶体取向试样蠕变寿命高于[011]晶体取向试样,特别是在750℃/700 MPa的蠕变试验条件下,试样各向异性程度更高。利用扫描电子显微镜观察试样的断口和组织结构表明:在750℃/700 MPa试验条件下,[001]取向试样断裂特征为解理型断裂,[011]取向试样断裂特征为剪切断裂;在900℃/320 MPa试验条件下,两种取向试样断裂特征均为韧性断裂。由此可见,晶体取向对镍基单晶高温合金CM186LC的蠕变性能有显著地影响。     

可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅰ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级.通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性可压缩变形对Ⅰ型裂纹尖端应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M控制.当泊松比v=0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹.     

拉伸速率对FGH95缺口小试样断裂性能的影响

研究了不同加载速率和不同的缺口形状对粉末冶金FGH95缺口小试样拉伸断裂性能的影响.结果表明:名义断裂应力σnom随着加载速率的增大而减小;仅对具有相同缺口深度的缺口试样,σnom随着名义应力集中因子Kt的增大而减小,缺口深度对断裂应力的影响远大于缺口形状,当缺口深度达到某一数值,将产生缺口强化现象.随着加载速率的增大,缺口敏感系数Cm呈下降趋势,应力集中因子越大的试样,缺口敏感性越强.γ′沉淀粒子的强化作用和高温动态回复对FGH95高温变形起主要作用.     

Sn对AX55铸造合金组织与蠕变性能的影响

为了提高Mg-5Al-5Ca(AX55)铸造镁合金基体组织和共晶组织的耐热性能,以Sn为变量设计了AX55-x Sn(x=0,0. 5,1. 0,1. 5)合金,研究了T61和T62对合金组织、硬度与蠕变性能的影响.结果表明,随着Sn含量的增加,合金基体中析出的Al2Ca相增多,使得α-M g基体得到强化.在共晶骨架相附近析出的CaMgSn相可使共晶组织得到强化.在175℃/70 MPa蠕变100 h条件下,AX55-x Sn合金的最小蠕变速率和蠕变总量随Sn含量的提高而降低. AX55-1. 5Sn合金性能最佳,且其最小蠕变速率为5. 21×10-8s-1,100 h总蠕变量为0. 065%.相比T61,T62能够提高AX55-x Sn合金的基体硬度和蠕变性能.