Ti40阻燃钛合金电子束焊接头组织与力学性能

采用不同工艺参数对2 mm厚Ti40阻燃钛合金进行电子束焊接(EBW),通过金相分析、电子探针(EPMA)、室温拉伸以及显微硬度测试对Ti40阻燃钛合金电子束焊接接头的显微组织和力学性能进行分析.结果表明,焊缝中分布着晶粒内部有片层状组织析出的β柱状晶和少量等轴β晶粒,熔合线到焊缝中心晶粒逐渐细化,无明显热影响区.接头中易产生气孔、裂纹等缺陷,通过添加直线扫描波形能够有效地控制焊缝气孔缺陷,从而提高接头的强度.添加直线扫描波形电子束焊的Ti40阻燃钛合金的抗拉强度仍可达到917 MPa,断口呈现出脆性断裂与韧性断裂的混合特征,焊缝区的硬度高于母材,其最大值为376HV.     

Manson-Haferd常数的选择及在蠕变持久寿命预测中的应用

对用于蠕变持久寿命预测的Manson-Haferd方法和Larson-Miller方法的对比分析表明:在Larson-Miller参数模型中,依据实验数据得到的常数C的波动,对预测结果影响较大;而在Manson-Haferd参数模型中,常数(Ta,lgta)不是两个独立的变量,它们之间存在良好的线性关系;在较大范围内Manson-Haferd常数(Ta,lgta)的改变对持久寿命预测结果影响较小.选取统一的Manson-Haferd常数(450,15)关联几种耐热钢的持久性能数据,均得到了精度较高的预测结果.这为材料高温持久性能的比较及精确预测提供了便利的方法.     

铸态Ti40阻燃钛合金高温拉伸力学性能及断裂行为研究

研究了不同试验温度下铸态Ti40合金的高温拉伸力学性能变化规律,并采用光学显微镜和扫描电子显微镜对拉伸样断口形貌进行观测,确定其断裂机制。结果表明:合金的抗拉强度随着试验温度的升高而显著下降,而塑性则分别表现出两个塑性较优区和脆性区,即400℃以下低温和900~1000℃高温的较好塑性区以及500~800℃的热脆区和1000℃以上的高温脆性区。脆性区试样断口形貌均呈现为沿晶脆性断裂,这一断裂机制与合金粗大晶粒以及严重的氧化相关。高温塑性区断口形貌为穿晶韧性断裂,则合金具有较高的塑性和较低的变形抗力,可作为较好的热加工温度区间。     

循环载荷对裂纹扩展和持久寿命的影响

对铁基高温合金ＧＨ２１３２在各种最大试验载荷下的纯蠕变和循环蠕变寿命以及裂纹扩展断裂行征进行分析，结果表明，在裂纹扩展不同时期（σ〈σ０．２和σ〉σ０．２）循环加载对裂纹扩展的影响相反，而对最终持久寿命的影响则取决于这两种相反作用之总的效果。     

定向凝固镍基高温合金DZ17G的持久寿命

分析了定向凝固镍基金高温合金DZ17G在广泛应力范围（105-950MPa）内的高温（650-980℃）持久实验数据。结果表明，在同一温度下，合金的持久寿命与施加应力间的关系符合半对数规律，可以利用Manson-Succop系数法对短期实验数据进行外推，以预测长期持久寿命。给出了DZ17G合金的持久方程及热强参数综合方程，预测值与实测值得很好符合。     

阻燃钛合金的阻燃模型

采用DCSB法点燃钛合金,研究了Ti40合金的阻燃烧行为.结果表明:Ti40合金具有良好的阻燃性能.Ti40合金的燃烧产物表面如同TC4合金开裂,而在其燃烧产物与基体的界面上富积Cr,形成致密的Cr2O3氧化物.在分析影响阻燃烧行为基础上,推导出钛合金阻燃能力的数学表达式,建立了钛合金阻燃的物理模型.     

TC4钛合金表面电子束熔覆Ti40阻燃钛合金工艺研究

目的在TC4表面熔覆一层Ti40阻燃钛合金,并研究熔覆试样的组织与力学性能。方法采用电子束在TC4钛合金表面熔覆一层Ti40阻燃钛合金。采用光学显微镜(OM)分析熔覆试样的显微组织,用显微硬度计分析熔覆试样的显微硬度,用电子万能拉伸试验机分析熔覆试样的力学性能。结果在选定的最佳工艺参数下,熔覆层与基材熔合良好,熔覆层为均匀分布的等轴β晶粒,表面及熔合区组织晶粒细化。添加椭圆形扫描波形能使气孔缺陷明显减少,表层更加均匀,组织更细小。扫描波形对熔覆层显微硬度的整体分布形态影响不明显,Ti40熔覆层在上表面及熔合区附近的显微硬度比熔覆层中部略高。室温下力学性能测试结果表明,加扫描时成形试样的抗拉强度为857.3MPa,相对于基材降低了些许,断裂伸长率达到了42.69%,比TC4钛合金基材提升了约70%。结论采用电子束在TC4表面熔覆Ti40阻燃钛合金,能够获得良好的熔覆层组织以及力学性能。     

基于Z_c参数的HP耐热合金高温蠕变及持久寿命的预测方法

通过研究HP耐热合金的高温蠕变实验数据,提出一种基于Zc参数的高温蠕变变形预测方法,并且利用该方法对HP耐热合金的高温蠕变性能进行预测和分析。结果表明:在1000,980℃和930℃下,蠕变应变分别为0.5%和1%时,预测数据与HP耐热合金的蠕变实验数据符合较好。同时利用基于Zc参数的高温蠕变变形预测方法对HP耐热合金的高温持久寿命进行了评估,结果表明由该方法得到的预测主曲线与耐热合金的持久实验数据吻合较好。     

粉末冶金Ti_2AlNb合金的制备及持久寿命

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,%)的预合金粉末,通过包套热等静压工艺制备了粉末Ti2AlNb合金。研究结果显示热等静压温度显著影响粉末Ti2AlNb合金的冶金质量,需严格控制。对制备的粉末合金进行了热处理,分析了热处理制度对粉末Ti2AlNb合金相组成、显微组织、拉伸及高温持久寿命的影响,优选了粉末Ti2AlNb合金的热处理工艺。粉末Ti2AlNb合金高温持久寿命受多方面因素协同影响;时效温度较低时(800-850℃),随着时效温度的升高,次生O相板条宽度和长度增加、α2相体积分数减少,协同作用的结果是持久寿命增加;时效温度较高(850-900℃)时,次生O相尺寸、α2相体积分数变化不显著,B2相体积分数增加及α2相尺寸的增大对持久寿命的提高起了关键作用。     

Ti40合金的高温氧化动力学研究

为了准确预测外界环境对Ti40合金氧化反应的影响规律,利用一种新的气固反应动力学模型对阻燃钛合金Ti40合金在773~1 273 K范围内的恒温氧化行为进行研究。发现Ti40合金在773~873 K时的氧化主要受内扩散控制,活化能为262.20 k J/mol;在973~1 273 K时的氧化主要受界面反应控速,其活化能为155.67 k J/mol。另外,通过模型预测了各因素(氧气分压、温度、目标氧化厚度等)对其氧化反应分数ξ、特征时间tc和转化速率dξ/dt的影响规律。     

Re及时效时间对耐腐蚀镍基定向合金组织和持久寿命的影响

优化设计了三种含Re分别为0％,2％,3％(质量分数)的耐腐蚀定向镍基高温合金,分析了三种合金在900℃高温时效过程中组织的变化,测试了三种合金在不同时效时间980℃/200MPa下的持久寿命.结果表明:随着Re含量和时效时间的增加,合金析出σ相的倾向增大,合金高温持久性能下降;Re明显细化持久性能试样的筏排结构,随着Re含量的增加,合金性能下降的幅度变小.     

长期服役Cr9Mo炉管的持久性能及剩余寿命预测

针对长期服役后的Cr9Mo炉管材料的金相组织及力学性能等进行了研究,并在此基础上,确定了炉管材料的劣化程度及其剩余寿命.这些研究对Cr9Mo炉管的高温性能、寿命预测及延寿策略的制定具有指导意义.     

融合纤维数据的复合材料简体结构持久寿命评估方法

对于由T700碳纤维浸胶丝束缠绕铝合金筒壁构成的复合材料筒体结构,通过提高简体转速增加纤维拉应力的加速寿命试验仍无法获得充分的失效数据,试验结果多表现为高应力大删失比与低应力无失效混合的寿命数据类型,且采用现行方法进行持久寿命评估的结果存在置信度偏低的问题.针对这一问题,首先对纤维和简体的加速等同性与失效机制一致性进行分析,进而通过对加速模型参数估计量的部分协方差矩阵进行统计检验与信息融合,建立了一种可融合纤维数据的筒体结构持久寿命评估方法.该方法通过综合利用碳纤维的相似性信息,从而提高简体结构持久寿命评估的精度.采用实例验证了文中方法的有效性,使筒体结构持久寿命的评估精度提高了35％.     

拉伸速率对Ni40 Ti50 Fe10合金环境氢脆的影响

研究了不同应变速率对Ni40Ti50Fe10合金环境氢脆的影响,并用扫描电子显微镜观察了拉伸断口的形貌.研究结果表明:Ni40Ti50Fe10合金在真空中的拉伸行为与应变速率无关,断口形貌主要是韧窝塑性断口.Ni40Ti50Fe10合金在空气中的塑性随着应变速率的降低而减小,断口形貌也从韧窝塑性断口转变为韧窝塑性断口和解理脆性断口的混合断口.Ni40Ti50Fe10合金在氢气中低应变速率拉伸时表现出明显的脆性,断口形貌主要为解理脆性断口.在高应变速率下(2×10-1s-1),Ni40Ti50Fe10合金在真空、空气和氢气中的塑性相近,说明在该应变速率下可以有效地抑制环境氢脆.Ni40Ti50Fe10合金的屈服强度不受应变速率和环境的影响.     

GH864合金在超温条件下碳化物含量与持久强度的关系

采用物理化学相分析、X射线衍射、金相检验和持久试验等分析方法研究了烟汽轮机叶片合金（GH864）在不同超温试验条件下显微组织中的碳化物含量与持久强度的关系。结果表明：随着GH864合金中碳化物含量的增加,尤其是M23C6量的增多,其持久强度下降,从而缩短了其剩余寿命。     

融合纤维数据的复合材料筒体结构持久寿命评估方法

对于由T700碳纤维浸胶丝束缠绕铝合金筒壁构成的复合材料筒体结构, 通过提高筒体转速增加纤维拉应力的加速寿命试验仍无法获得充分的失效数据, 试验结果多表现为高应力大删失比与低应力无失效混合的寿命数据类型, 且采用现行方法进行持久寿命评估的结果存在置信度偏低的问题。针对这一问题, 首先对纤维和筒体的加速等同性与失效机制一致性进行分析, 进而通过对加速模型参数估计量的部分协方差矩阵进行统计检验与信息融合, 建立了一种可融合纤维数据的筒体结构持久寿命评估方法。该方法通过综合利用碳纤维的相似性信息, 从而提高筒体结构持久寿命评估的精度。采用实例验证了文中方法的有效性, 使筒体结构持久寿命的评估精度提高了35%。     

预测持久强度的Larson-Miller法不正确

通常采用Larson-Miller法或等温直线法预测钢的持久强度,但该两种方法的预测结果相差较大。究其原因,发现是由于Larson-Miller法不正确造成的。计算和分析结果表明:LarsonMiller法的原理和结果都不正确。     

Z参数法及其在耐热钢寿命预测中的应用

基于石化和发电装置常用的20钢、1Cr5Mo和12Cr1MoV三种珠光体耐热钢,提出用Z参数法来表征持久性能曲线P=Z0-Z+C1logσ+G2σ.其中Z0、C1、C2为常数,Z0确定了材料无劣化时性能曲线的位置,C1、C2确定了曲线的变化趋势;参数Z是反映了曲线偏移主曲线的位置,同时表征了相关材料持久性能的变化.进一步得到了Z参数与组织劣化程度-珠光体球化等级E之间的线性关系,并以12Cr1MoV钢为例根据其组织劣化等级定量预测了其剩余寿命.     

Grade 91耐热钢的硬度与持久强度、许用应力和运行/剩余寿命的相关性研究

利用不同硬度Grade 91钢试件的持久强度数据研究该钢硬度与持久强度和最大许用应力的相关性.结果表明,采用系列硬度试件所做确定温度和外力下的持久实验同时存在性能高估和低估现象,将这些数据综合在一起预测/外推钢的持久强度与实际值差距较大,利用由此确定的105 h持久强度计算得到的最大许用应力对应用产生不完全符合实际的影响.同时研究得到Grade 91钢在确定温度下满足最大许用应力的硬度下限的确定方法:对于硬度在201(205)HBW及其以上的Grade 91钢部件,在575(600)℃及其以下温度运行时可满足ASME BPVC 2019版规范对Type 1和Type 2型材料最大许用应力的要求;硬度在204HBW及其以上的Grade 91钢部件在575℃及其以下温度运行时可满足ASME BPVC 2017版规范对壁厚大于75 mm部件最大许用应力的要求.因此,在已有硬度范围规定(ASME BPVC 2017-2019对Grade 91钢:190～250HBW)的情况下,下调最大许用应力的ASME BPVC 2019新规范给现有硬度范围下限的实施带来一定困难,即满足该硬度下限要求却不能满足最大许用应力要求.为解决这一问题未来有必要上调硬度下限值.此外,研究了Grade 91钢运行/剩余寿命评估算法中利用短时实验数据外延105 h持久强度的函数优化.结果表明,现用算法采用幂函数拟合存在性能高估现象,若采用对数函数将不同硬度试件的持久数据分开拟合则可明显提高与实验数据的吻合性;在此基础上研究所得已知运行条件下部件厚度-硬度-运行/剩余寿命的关系将安全性评估的技术参数融为一体,可体现该方法的适用性、可靠性和直观性.以上研究结果可供相关标准修订和工业实际应用参考.     

电站锅炉承压元件的寿命评估方法

综述了国内外迄今为止提出的关于电站锅炉承压元件在运行工况下寿命评估的主要方法.这些方法主要分为以传统持久强度试验外推为主的方法和以蠕变变形和裂纹扩展为主的方法,前者包括持久强度曲线外推法、时间-温度参数法和Robinson寿命消耗法则等;后者包括θ法、C射影法、蠕变曲线逐步外推法以及蠕变损伤开裂及裂纹扩展的评估方法等.