DD26镍基单晶高温合金的高温持久性能各向异性

为了研究取向对DD26镍基单晶高温合金持久性能的影响,对实验合金进行了高温蠕变测试.结果表明,持久寿命随取向变化逐渐降低的顺序为:[111]靠近[001]-[111]边界靠近[001][001]-[011]边界[011].靠近[111]取向的试样,由于具有较小的Schmid因子,位错不易开动,所以持久寿命最长.而靠近[001]取向的试样具有较大的Schmid因子,致使可以开动的滑移系最多,所以伸长率最大.靠近[001]-[011]边界和[011]取向的试样在蠕变过程中取向会向[001]-[111]边界旋转,并且较大的旋转造成这些取向的试样具有较短的持久寿命.     

两种取向Ni3Al基单晶高温合金的组织和拉伸性能

为了研究晶体取向对Ni₃Al基单晶高温合金组织和力学性能的影响,采用扫描电镜和拉伸试验机研究了[001]和[111]两种取向合金的显微组织和拉伸性能.结果表明：经过热处理后,在单晶棒横截面内[001]取向合金γ′相为立方形,[111]取向合金γ′相为三角形或六角形;[001]和[111]取向合金存在屈服强度随温度升高而升高的反常屈服现象;[001]与[111]取向合金均呈现明显加工硬化现象,两种取向合金的屈服强度峰值范围分别为600～800℃与400～600℃;两种取向合金均表现为韧性断裂.     

镍基单晶合金[011]取向γ′相筏形化的有限元分析

研究1 040℃、137 MPa拉伸蠕变期间[011]取向镍基单晶高温合金中γ′相的演化方式.采用三维有限元方法计算单晶合金在有/无外加载荷时von Mises应力及弹性应变能密度在γ和γ′两相中的分布.结果表明:沿[011]取向施加拉伸应力时,(001)晶面的von Mises应力远大于(001)晶面的Von Mises应力,3个晶面的应变能密度差异驱动γ′相形成元素从变形较大的(001)晶面向变形较小的(010)和(100)晶面扩散,而γ相形成元素反向扩散,导致γ′相沿[010]和[100]取向扩散生长,形成垂直于[001]方向且与应力轴倾斜成45°角的层片状筏形组织.     

一种镍基单晶合金的拉伸蠕变特征

研究了[001]取向镍基单晶高温合金的高温拉伸蠕变性能,通过SEM、TEM观察分析了相的形貌演化及合金的变形机理．结果表明：在980～10200C／200～280MPa条件下蠕变曲线均由初始、稳态及加速蠕变阶段组成;在拉伸蠕变期间γ’强化相由初始的立方体形态演化为与应力轴垂直的N-型筏形状;初始阶段位错在基体的八面体滑移系中运动,稳态阶段不同柏氏矢量的位错相遇,发生反应形成位错网;蠕变末期,应力集中致使大量位错在位错网破损处切入筏状γ’相是合金发生蠕变断裂的主要原因．     

镍基单晶合金热弹塑性应力-应变场数值模拟

利用ANSYS有限元结构分析软件的参数化设计语言APDL和用户可编程特性UPFs,将考虑拉-剪耦合效应的镍基单晶合金屈服准则和弹塑性本构模型集成到ANSYS软件中,实现对镍基单晶合金弹塑性有限元应力-应变场的分析.对温度为680℃的[001]、[011]和[111]3种取向的DD3镍基单晶合金试样进行单向拉伸热弹塑性应力-应变数值模拟,并与试验数据进行对比,最后,对单晶涡轮盘片进行循环应力应变分析.     

镍基单晶合金热弹塑性应力-应变场数值模拟

利用ANSYS有限元结构分析软件的参数化设计语言APDL和用户可编程特性UPFs,将考虑拉-剪耦合效应的镍基单晶合金屈服准则和弹塑性本构模型集成到ANSYS软件中,实现对镍基单晶合金弹塑性有限元应力-应变场的分析。对温度为680℃的[001]、[011]和[111]3种取向的DD3镍基单晶合金试样进行单向拉伸热弹塑性应力-应变数值模拟,并与试验数据进行对比,最后,对单晶涡轮盘片进行循环应力应变分析。     

单晶镍基高温合金蠕变曲线的预测

根据单晶镍基高温合金蠕变过程的微观机制，提出采用θ蠕变曲线方程对其进行蠕变曲线的预测.首先，应用该方法对1 100 ℃、150 MPa下的实测蠕变曲线进行拟合；然后，依据不同条件下的拟合结果求出方程中5个基本参数的数学表达式，再通过θ蠕变曲线方程对合金在1 100 ℃、120 MPa条件下的蠕变曲线进行预测.结果显示，该方程很好地再现了单晶镍基高温合金蠕变曲线的前两个阶段，其精度是以往预测方法所不能达到的.表明，用本方法预测单晶镍基高温合金的蠕变寿命具有实际意义，文中给出的θ蠕变曲线方程是可以信赖的.     

25Cr2MoVA和15CrMo钢的高温蠕变特性

应用RPL50高温电子蠕变疲劳试验机,在500℃的高温环境下随机对多根标准试样进行高温拉伸试验及长时间的单轴拉伸蠕变试验,并绘制两种材料的力-位移曲线及蠕变曲线.结果表明:25Cr2MoVA钢在500℃下的屈服应力约为310MPa,15CrMo钢在500℃下的屈服应力约为292MPa;在500℃高温300MPa拉伸载荷作用下,25Cr2MoVA钢起初蠕变松弛明显,随后蠕变速率快速减小,直至恒定,符合蠕变规律,500℃高温及250MPa载荷作用下,15CrMo钢也符合蠕变规律;拟合得到两种材料蠕变率表达式,其中25Cr2MoVA钢的线性回归值与实验值平均相对误差为2.01%,15CrMo钢的线性回归值与实验值平均相对误差为1.35%.     

耐热铸钢GX12的组织与力学性能分析

对耐热铸钢GX12的组织性能进行分析研究,为该材料的推广和应用提供一些基础参数。文中对耐热铸钢C-X12进行热处理、常温拉伸和高温托伸试验,常温下GX12钢的抗拉强度807MPa,在550℃、600℃、650℃、700℃下GX12钢抗托强度分别为565MPa、505MPa、410MPa、315MPa,研究结果表明：经正火＋高温回火获得的组织为吲火板条马氏体组织;通过与不锈钢（ZG0Cr13Ni4Mo）和碳素钢（ZG20MnSi）的对比,GX12耐热铸钢具有良好的高温力学性能,对高温断口扫描分析,GX12钢在高温下的断裂方式为韧性断裂,随温度升高其塑性提高。     

钒微合金化异型坯S355ML的高温热塑性

对钒微合金化异型坯S355ML进行高温拉伸实验,采用激光共聚焦显微镜、热场发射环境扫描电镜等分析异型坯翼缘裂纹处组织及脆性温度区的断口形貌,研究异型坯断面收缩率、抗拉强度等高温性能及断口处组织比例与断面收缩率间的关系。结果表明:在1×10~(-3)s~(-1)应变速率下,第Ⅲ脆性区间为700～900℃,随断口处α铁素体组织比例的增加,铸坯塑性先减小后增大,850℃时断口处α铁素体体积分数为1.97%,断面收缩率为24.66%;850℃以下,断面收缩率随α铁素体组织比例的增加而增加,700℃时,α铁素体体积分数为64.51%,断面收缩率增至59.42%;根据拉伸试样的断口形貌和断面收缩率,异型坯最佳矫直温度区间为900～1 200℃。     

GH2107高温合金力学性能的研究

对热处理态下的镍铁基高温合金GH2107进行瞬时拉伸试验及持久试验,拉伸试验在室温和高温下进行,室温至高温的拉伸断口从沿晶断转向穿晶断,合金的屈服强度在700℃有明显的回升。将持久试验获得的数据构成LMP拉伸米勒曲线,可预测其持久寿命,在700℃200MPa下合金的寿命可达十万小时,优于同类别的其它合金。     

镍基单晶高温合金不同温度下的拉伸性能

为了研究一种镍基单晶高温合金从室温到1100℃范围的拉伸变形与断裂行为,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对拉伸断口及变形后位错组态进行观察和分析.结果表明：合金的屈服和抗拉强度均在约800℃时达到峰值,而塑性与强度的变化规律基本相反.室温和中温拉伸条件下,断口表现为解理断裂;而高温时则为微孔聚集型断裂.室温拉伸条件下,合金的主要变形方式为单根位错剪切γ′相;高温下为位错绕过γ′相;中温下则表现为由剪切到绕过的过渡.     

FGH95粉末高温合金蠕变裂纹扩展有限元数值模拟研究

对FGH95粉末高温合金标准CT试样在700℃下的蠕变裂纹扩展过程进行了有限元数值模拟研究.FGH95合金假设为弹性-蠕变体,蠕变变形采用Norton模型描述.蠕变裂纹扩展模拟时考虑了两种裂纹扩展速率,分别为3.25×10-2mm/h(快速裂纹扩展)和6.5×10-4mm/h(慢速裂纹扩展).数值模拟结果表明:FGH95合金在700℃下发生蠕变裂纹扩展时,弹性变形引起的标准CT试样加载线位移Vc在总位移中起主导作用,蠕变变形引起的加载线位移Vc很小,加载线位移率比值(·Vc)/(·V)远小于1,蠕变变形被限制在临近裂纹扩展路径的细长条带状区域内,裂纹尖端没有发生大范围蠕变变形.上述结果说明FGH95合金在700℃下为蠕变脆性材料,应力强度因子K可作为FGH95合金高温疲劳裂纹扩展的有效驱动力参数.     

PZN-9PT单晶生长及电学性能研究

弛豫铁电单晶是目前电子材料研究的热点,而制备技术是解决该材料应用的关键.为了考察PZN-9PT晶体的生长形态、结构和性能,本文采用高温溶液法生长了PZN-9PT单晶,采用XRD表征了其相结构,采用相关电学性能测试方法表征了其介电、压电、电滞回线和机电耦合系数等电学性能.研究结果表明,采用高温溶液法可以制备出纯钙钛矿结构的PZN-9PT单晶,晶体呈淡黄色多面体形态,其三方-四方相转变温度为89℃,居里温度为175℃,[110]切型PZN-9PT单晶的压电常数为339 pC/N,矫顽场为8.7 kV/cm.     

Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金冲击断裂机理研究

针对冲击载荷下镁合金变形和断裂问题,研究了Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金在-40℃~350℃范围内的冲击性能,给出了冲击断口形貌及其形成机制,并在相同的冲击条件下,选用一种近共晶铝硅合金AC8A进行对比性的冲击试验。研究表明:在-40℃~350℃范围内,Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金冲击韧性随着冲击温度的增加而增大,冲击功值从18.023 5 J/cm2增加到68.088 1 J/cm2。在-40℃~200℃冲击时,试样断口平齐,几乎全部是放射区,断口呈准解理断裂特征;在250℃~300℃冲击时,试样表面出现剪切唇和纤维区,放射区的面积明显减小,断口呈准解理+韧窝断裂特征;温度增加到350℃时,断口表面几乎为剪切唇,无放射区和纤维区,断口呈韧窝断裂特征。AC8A铝合金在-40℃~350℃范围内,冲击韧性随着温度的增加变化很小,断口呈解理断裂特征。Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金的冲击韧性高于AC8A铝合金的冲击韧性。     

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料单轴压缩性能研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料进行不同应变率下的动态压缩实验,并与准静态压缩实验结果比较.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了复合材料的相组成和断口形貌.结果表明:在压缩条件下三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料的断裂发生在弹性变形阶段,断裂前几乎观察不到塑性变形;复合材料的准静态压缩强度达到了1 270 MPa,高于在动态压缩中的断裂强度1 100 MPa.试样发生纵向劈裂和剪切断裂,准静态下试样形成的破片数量较多,动态加载条件下试样破碎成数量较少的较大块体.三维连通网状SiC陶瓷断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂,非晶合金发生粘性流动,在变形过程中形成脉状花样,在高应变率加载条件下,非晶热软化严重,断口形貌复杂多样.     

淬火温度对Zr-4合金显微组织和拉仲性能的影响

为探讨不同淬火温度对核燃料包壳管Zr-4合金力学性能的影响．本文分析了Zr-4合金的显微组织,通过对再结晶退火态的Zr-4合金进行不同温度淬火及回火热处理,在不同热处理状态下对试样进行室温环向拉伸试验,分析对比了试样的拉伸力学性能,并对拉伸后的试样进行断口扫描,分析断裂机理．试验结果表明：包壳管Zr-4合金在980℃淬火后晶粒弦长为145．62μm,相比920℃、950℃的弦长增大,其抗拉强度为740MPa,屈服强度为649MPa．淬火后断口类型属解理脆性断裂．     

AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能研究

利用高频疲劳试验机对AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能进行了试验研究,给出了本实验条件下的S-N曲线,得到循环基数为107的疲劳极限是15.3MPa,并与相同材料光滑试样疲劳性能对比.运用扫描电镜对断口形貌进行了观察,分析了断裂机理.经分析认为:AZ31B挤压镁合金螺纹型缺口试样高周疲劳的断裂过程包括裂纹萌生、裂纹扩展、最终断裂3个阶段,疲劳源主要发生在螺纹根部,为多发性裂纹源;裂纹扩展区微观断口具有典型的解理断口形貌,断裂表现为脆性断裂.     

枝晶间距对镍基单晶合金蠕变性能的影响

为了研究枝晶间距对镍基单晶合金组织与蠕变性能的影响,采用不同抽拉速率制备出两种不同枝晶间距的单晶镍基合金.通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了枝晶间距对合金成分偏析及蠕变性能的影响.结果表明,随着合金枝晶间距的减小,元素成分偏析程度降低,且在相同热处理条件下,枝晶间距较小的合金具有较好的蠕变性能.合金在稳态蠕变期间的变形机制是位错攀移越过筏状γ′相,而蠕变后期的变形机制是位错在基体中滑移和切入筏状γ′相.蠕变断裂后,在试样不同区域筏状γ′相具有不同的形貌,在远离断口区域,筏状γ′相与应力轴方向垂直,而在近断口区域,筏状γ′相尺寸及扭曲程度均增加.     

热处理工艺对Nb-Ti-Al基低密度铌合金力学性能及组织形貌的影响

将Nb-Ti-Al基低密度铌合金在不同的高温条件下进行热加工处理,并对合金涂层后的试样在1 300 ℃高温熔烧30 min,利用INSTRON4505型万能试验机、金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪对热处理后试样的室温（25 ℃）力学性能（抗拉强度бb、屈服强度б0.2和延伸率）、金相组织、断口形貌等进行了对比分析。结果表明,当熔烧温度（t≥900 ℃）每升高100 ℃,抗拉强度下降9.23%,屈服强度下降9.11%,延伸率下降9.59%,晶粒度增大比例为21.43%,在熔烧温度高于1 200 ℃时试样仅测出抗拉强度值就断裂了,表现出铌合金试样随着熔烧温度梯度的升高,样品基材的力学性能下降,晶粒度和硬度不断增大,塑性和韧性不断下降的规律。