DD6单晶合金气膜孔薄壁平板高温持久性能

在980℃/300 MPa条件下,对带气膜孔与无气膜孔的DD6单晶合金薄壁平板试样进行高温持久试验研究与有限元对比计算。结果表明:在相同名义应力条件下,带孔试样的高温持久寿命比无孔试样的高温持久寿命低,分别为69、90 h,气膜孔的存在破坏了试样的几何连续性,导致气膜孔周围应力集中为主要因素。通过断口宏、微观观察发现,无试样的断裂方式为微孔聚集型断裂,断口上分布着大量方形小平面特征;而带孔试样由于气膜孔改变了试样中的应力分布,在气膜孔附近产生了应力集中,当裂纹扩展至试样边缘,试样被瞬间剪断。基于晶体塑性理论建立了蠕变模型,将其编入ABAQUS的UMAT子程序中对带气膜孔和无气膜孔薄壁平板试样分别进行模拟分析,模拟结果显示与试样的断裂位置及形貌吻合,在工程应用条件下该模型是能用于薄壁平板的高温持久断裂寿命的预测。     

拉保持对316L奥氏体不锈钢焊接接头低周疲劳循环应力响应及损伤机制的影响

在873 K温度下对316L奥氏体不锈钢母材和焊缝分别进行连续和拉保持低周疲劳试验,使用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)对试样位错微观结构和裂纹扩展形貌进行观察,分析拉保持对母材和焊缝低周疲劳循环应力响应及损伤机制的影响.结果表明,母材在连续和拉保持低周疲劳试验初期都发生循环硬化,焊缝在连续低周疲劳试验中发生连续循环软化,而在拉保持试验后期则出现明显循环稳定阶段;母材和焊缝试样拉保持低周疲劳寿命低于其连续低周疲劳寿命;母材和焊缝在连续低周疲劳试验中裂纹主要以穿晶方式扩展,而在拉保持试验中焊缝是以沿晶或混合方式扩展.     

第二代单晶高温合金的低周疲劳行为

研究了含0.34%Hf DD6单晶高温合金在760℃下的低周疲劳行为,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,含0.34%Hf DD6合金比含0.10%Hf的疲劳寿命稍有降低;其损伤以弹性损伤为主。疲劳裂纹萌生于试样表面、亚表面或试样内部后,先沿垂直应力轴方向扩展,后沿{111}面扩展。其断裂机制为类解理断裂。断口上有典型的疲劳条带。断裂组织分析表明,位错主要在基体通道中扩展,变形后期切过γ'相,形成滑移带。     

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。     

不同应变幅下高锰钢的低周疲劳性能研究

对铸态高锰钢(120Mn13)进行了常温拉伸及低周疲劳试验,研究了试样在拉伸变形中的动态应变时效,在拉压疲劳变形过程中的循环应力应变行为、循环硬化软化行为及裂纹扩展行为等。结果表明：在拉伸曲线中发现了代表动态应变时效作用的峰状低频A型锯齿和波纹状高频B型锯齿。在不同应变幅下的低周疲劳实验中,试样均先循环硬化,后循环软化直至断裂。随着应变幅的增加,其最大循环拉应力逐渐增加,疲劳寿命却降低。高应变幅下的裂纹多沿晶界扩展,但裂纹偏转次数及二次裂纹数量增多,这是其寿命较低应变幅下相差较小的主要原因。     

GH4169合金不同孔形气膜冷却孔疲劳性能对比分析

气膜冷却孔是航空航天高温部件常见冷却设计,但属于典型结构疲劳危险点。为了优化气膜冷却孔热-机械性能,本研究通过疲劳试验和有限元建模分析,研究GH4169合金相同底孔尺寸下的气膜冷却孔疲劳性能。研究表明：相同底孔直径下,90°圆孔疲劳寿命远低于倾斜圆孔、扇形孔和扇形后倾孔;相同孔倾角下,孔形对疲劳寿命影响较小;90°圆孔发生单断口疲劳断裂,断口与加载方向基本垂直,而倾斜圆孔、扇形孔、扇形后倾孔在孔根部附近发生疲劳断裂,断口向孔轴方向倾斜,除主断口外在孔根部均出现亚断口;90°圆孔断口疲劳裂纹在孔壁中间萌生,而倾斜圆孔和扇形孔疲劳裂纹在孔口部位萌生,且呈现多源萌生特征;裂纹萌生区平整光滑,随着裂纹扩展断口表面韧窝明显增多;孔轴倾角和孔口形状对孔周应力分布及最大应力水平具有显著影响。     

TC21钛合金板孔冷挤压残余应力与疲劳性能研究

针对飞机后机身框TC21损伤容限钛合金带孔零件在服役过程中易过早产生疲劳裂纹的问题,采用开缝衬套冷挤压强化工艺进行了不同挤压量下的孔强化实验,并对挤压强化后的试样进行疲劳试验研究,得到了挤压量对TC21钛合金疲劳增益的影响规律。通过有限元仿真的方法研究了挤后孔边残余应力分布规律,从宏观和微观两方面观察和分析了不同挤压量下的疲劳断口形貌,探讨了冷挤压对孔边疲劳裂纹的萌生和扩展的影响,揭示了疲劳增益机理。研究结果表明,冷挤压强化后的孔边存在明显的切向压缩残余应力,改变了孔边裂纹萌生位置,延长了交变载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命,疲劳寿命随着挤压量的增大而明显提高,挤后试样疲劳寿命均提高50%以上。     

FGH95粉末冶金高温合金损伤与断裂特性研究

观察分析FGH95粉末冶金高温合金高周疲劳光滑试样断口,研究其断裂规律;并用断口定量的方法对试样断口的裂纹扩展特性进行分析,计算疲劳扩展第2阶段的疲劳扩展寿命,并分析裂纹扩展特性与断裂特征的内在关系.针对120个试样用统计归纳的方法研究总寿命Nf与断裂特征参数αc之间的关系.临界裂纹长度取常用对数后与试验寿命取常用对数后具有大致线性关系,数据点分布在大致平行的具有一定宽度的分散带内,通过拟合出平行带的上下边界方程,可以给出寿命预测的上下边界方程,可用临界裂纹长度估算FGH95粉末冶金高温合金的疲劳寿命.     

600 MPa级热轧双相钢的高周疲劳性能

对热轧组织为铁素体+马氏体(1号)、铁素体+贝氏体+部分马氏体(2号)的600 MPa级热轧双相钢进行了应力比为0.1的拉-拉高周疲劳试验,并对疲劳性能进行了对比分析。结果表明:1号双相钢的疲劳极限为433 MPa,2号双相钢的疲劳极限为413 MPa。两种双相钢的疲劳断口均由疲劳源区、扩展区和瞬断区组成,疲劳源出现在试样顶角或近表面处,低应力时为单一疲劳源,高应力时为多疲劳源。裂纹扩展区除了有大量的韧窝,还有第二相粒子、疲劳辉纹和二次裂纹等特征。低应力幅时1号试样的疲劳辉纹较窄,疲劳寿命高于2号试样;高应力幅时2号试样的韧窝较深,疲劳寿命高于1号试样。在拉-拉载荷作用下,1号试样的裂纹为沿晶扩展,2号为穿晶扩展。透射电镜观察结果表明:在相近的应力幅下,疲劳断口附近高密度的位错缠结阻碍了位错的进一步运动,从而提高了双相钢的疲劳性能。     

一种新型粉末高温合金的低周疲劳行为与寿命预测模型分析

对一种新型第3代粉末高温合金A3在700℃、应变范围0.6%～1.4%试验条件下的低周疲劳性能进行了研究,分析了材料的循环滞后回线、Massing特性、循环应力应变响应、应变-寿命关系等特性。采用Manson-Coffin模型、拉伸滞回能模型、三参数能量模型对疲劳寿命数据进行拟合预测,结果表明Manson-Coffin模型的寿命预测精度最高,在3倍分散带以内。用扫描电子显微镜对疲劳源区观察,结果表明:低应变时疲劳源数量上呈现单源,高应变时呈多源特征;随应变量增大,疲劳源位置趋向于试样表面,裂纹扩展区面积减小,瞬断区面积增大。疲劳断口典型的3个区域观察结果表明:疲劳源四周存在较多河流状线,其为裂纹扩展方向,裂纹扩展区存在较多二次裂纹,瞬断区出现韧窝与解理断裂特征。A3合金的断裂模式主要为穿晶断裂。     

电冶钢结硬质合金DGJW50热冲击行为的研究

对DGJW50电冶钢结硬质合金进行了热冲击试验,在光学金相显微镜下观察了裂纹的形成和组织变化。实验结果表明,热冲击裂纹的形成存在孕育期,随着热冲击循环温度差值的增加和冷却速率的加快,热冲击裂纹孕育期缩短,裂纹扩展速率加快,裂纹孕育期间,缺口处形成蚀坑,且蚀坑是沿着WC/钢基体界面处分布的,随着热冲击循环次数的增加,蚀坑长大并连接成裂纹。裂纹形成以后,沿着WC/钢基体界面扩展。     

DD6单晶冷却涡轮叶片模拟试样拉伸性能

研究了[001]取向的冷却叶片模拟试样的拉伸性能与断口。分别从温度、薄壁厚度以及气膜孔3个方面分析对其力学性能的影响。结果表明:薄壁圆管试样在过峰值温度后,抗拉强度与屈服强度随温度上升而降低,延伸率与截面收缩率则不断递增;2mm比1.5mm薄壁试样的抗拉强度、屈服强度、延伸率及截面收缩率都要大;带气膜孔试样存在应力应变集中,导致其抗拉强度与屈服强度,延伸率与截面收缩率都要比不带气膜孔试样的低。对试样断口进行SEM分析,结果表明在中温和高温条件下,断口呈现不同的断裂特点,850℃的试样断面由光滑斜平面组成,而980℃的断口则以韧窝断裂为主。     

不同孔间距下镍基单晶叶片气膜孔弹塑性行为研究

气膜冷却作为一重要的热防护技术广泛应用于涡轮叶片中,但是气膜孔的引入破坏了叶片的结构完整性,成为裂纹形核的重要区域。将镍基单晶叶片前缘气膜孔简化为平板模型,基于晶体塑性理论分析了多孔干涉下气膜孔的弹塑性力学行为,分析了孔边分切应力的分布规律;并比较了不同横向、纵向间距对气膜孔弹塑性行为的影响。结果表明多排气膜孔间存在着明显的应力干涉,高应力区出现在相邻两列气膜孔孔心连线区域,低应力区出现在同列气膜孔之间,呈现菱形分布。孔边八面体、十二面体、六面体滑移系均开动,最大分切应力出现在夹角0o/20o/30o的位置上;横向孔间距增加,孔边应力降低;纵向孔间距增加,孔边应力增加。六面体滑移系分切应力对载荷、孔间距变化最为敏感。     

Y15易切削钢孔洞分析及其预防

采用体视显微镜(SM)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等对Y15易切削钢孔洞形成的原因进行了分析.结果表明,孔洞两边的裂纹呈应力裂纹特征,是最后一次热轧后方坯冷速过快所致,而孔洞则产生于随后的冷拔过程中.通过将方坯轧后空冷改为进缓冷坑缓冷后,制作的零件再无孔洞出现.     

气膜冷却孔电火花加工参数优化及重熔层厚度测量实验

气膜冷却孔加工表面粗糙度、重熔层厚度直接影响航空发动机服役寿命。兼顾叶片气膜冷却孔加工效率和重熔层厚度,研制了加工参数在线可调的窄脉宽高峰值电流脉冲电源系统,进行了气膜冷却孔电火花加工参数优化实验,寻找重熔层厚度和加工效率的显著影响因素。在此基础上,采用灰关联度分析法进行多目标优化,利用优化后的加工参数,得到了较理想的实验结果。     

淬火剂SST101冷却机制的探讨

本文对淬火剂ＳＳＴ１０１在其不同浓度、温度下冷却曲线及４０Ｃｒ钢在该介 淬火后的淬透性、变形开裂性的测定,探讨了其冷却机制。结果表明,该淬火剂在冷却金属时,在钨表面形成一层聚合物隔离膜,此膜能降低金属淬火时产生的热应力和组织应力,避免了冷却不均现象,减小了工件变形与开裂。     

气膜孔五轴视觉测量系统的设计与搭建

为解决空心涡轮叶片上气膜孔的孔径和分布位置的测量难题,在机器视觉测量与多轴运动控制的基础上,设计并搭建一套非接触式的气膜孔五轴视觉测量系统。该系统由三坐标测量机、双轴位置转台、工业视觉测头和叶片专用夹具等组成,具有3个直线自由度和2个转动自由度。在测量过程中,利用双轴位置转台实现被测叶片的转位,并通过三坐标测量机的运动实现工业视觉测头的移动,使工业视觉测头对焦于气膜孔的出口表面并采集其清晰图像。通过图像处理等步骤,获取被测气膜孔的几何尺寸和空间位置参数。为验证该系统的实用性和有效性,分别测量被测空心涡轮叶片上某一列气膜孔的孔径和孔中心坐标。实验结果表明:该测量系统能够完成气膜孔的孔径和孔中心坐标的检测任务,并且重复性精度指标满足使用要求。     

淬火剂SST102的冷却特性

对SST102淬火剂的冷却特性进行了探讨。结果表明，SST102的冷却能力随其浓度的增大、温度的升高及重复使用次数增多而降低。并揭示了该介质在冷却金属时能在金属表面形成一层聚合物隔离膜，此膜能避免因零件几何形态差异造成的冷却不均匀现象，有效地防止开裂和变形。