MoSi2涂层高温富氧火焰冲刷失效机理研究

MoSi₂高温氧化时表面可生成保护性SiO₂,有望用于推力室喷管内表面抗高温氧化涂层材料。然而,在1800℃及以上超高温火焰冲刷考核条件下,MoSi₂涂层发生快速损伤失效。为揭示MoSi₂涂层超高温冲刷失效机理,系统研究了推力室喷管不同位置涂层的氧化行为和损伤规律。结果表明：涂层损伤分为5个特征区域,分别为前缘、喉部、过渡段、中部和尾部,其中喉部发生整个涂层剥落,尾部涂层仍保持完整。MoSi₂涂层的主要失效形式为：超高温下MoSi₂涂层晶界快速氧化和氧化膜快速挥发,产生晶界裂纹,晶界裂纹合并形成网状、贯穿性、大尺度的纵向裂纹,将MoSi₂涂层分割成岛状区域。在热冲击载荷作用下,岛状区域MoSi₂涂层发生剥落失效。指出了MoSi₂涂层超高温冲刷腐蚀机理,为发展推力室喷管用长寿命MoSi₂超高温抗氧化涂层提供了理论方向。     

工业纯钛TA1的高温摩擦与磨损行为

工业纯钛(TA1)表面塑性剪切抗力较低且氧化膜保护作用有限,在滑动摩擦时会产生严重的磨损行为。经高温氧化处理的TA1圆盘试样通过高温摩擦磨损试验机以及扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析,研究实验温度、氧化膜及富氧α层对TA1摩擦磨损行为的影响规律。结果表明,由于磨屑的润滑作用,在相同的载荷和磨损时间下,有氧化层TA1的摩擦因数范围在0.07~0.3,无氧化层TA1摩擦因数范围在0.55~0.9之间。摩擦磨损实验温度越高,有氧化层的TA1摩擦处的犁沟形貌分布越多、越深。对于无氧化层TA1试样,随温度升高和对磨时间的延长,裂纹更易扩展形成剥层磨损。TA1材料的主要磨损方式为剥层磨损、黏着磨损以及氧化磨损,无氧化膜及富氧α层的TA1材料黏着磨损更为严重。表面硬度和磨损机制不同造成高温下摩擦磨损性能的差异。     

DZ40M合金铝化物涂层的高温氧化蚀点现象

DZ40M钴基合金铝化物涂层在高温氧化过程中失效特点,晨在氧化膜之上产生隆起的深色蚀点。蚀点的出现标志着涂层局部失效的开始。蚀点增加并长大,则对应着涂层失效面积的扩展。形成的蚀点最终覆盖整个涂层表面,意味着涂层完全失效。     

高速电弧喷涂Fe-Al/WC复合涂层的高温摩擦磨损特性

采用滑动磨损试验方法研究在室温至650℃温度下高速电弧喷涂Fe—A1／WC金属间化合物复合涂层与Si3N4陶瓷球配副时的摩擦磨损特性，并探讨复合涂层的高温摩擦磨损机理。结果表明，随着试验温度的升高，Fe—Al／WC复合涂层的摩擦系数降低，而磨损率仍保持在较低的水平。高温下复合涂层滑动摩擦系数降低的主要原因是由于磨损面发生摩擦氧化反应而形成的起到固体润滑的作用氧化物保护层。剥层磨损是Fe—Al／WC复合涂层高温磨损的主要机理。涂层中Fe3Al和FeAl金属间化合物相较高的高温强度和硬度，能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂，从而使复合涂层表现出优异的高温耐磨性。650℃时Fe—Al／WC复合涂层的磨损率有所提高，这可能与高温下涂层表面WC颗粒的氧化和脱碳分解有关。     

影响热障涂层失效因素的研究现状及展望

热障涂层(TBCs)具有良好的隔热性能,是燃气轮机高温部件的关键材料,在高温服役过程中,涂层脱落会导致部件工作失效,因此为获得长寿命热障涂层,涂层的脱落失效机理是急需深入研究的问题。综述了热应力、α-Al_2O_3生长、外应力、热生长氧化层(TGO)起伏及孔隙率等缺陷对涂层应力发展的影响,探讨了微裂纹的产生、扩展及脱落的失效过程,最后展望了研究热障涂层失效及提高涂层寿命的努力方向和前景。     

在扩径过程中DH36钢管开裂原因分析

海洋平台用DH36钢管在扩径过程中出现开裂,采用化学成分分析、扫描电镜分析、能谱分析、氧化分析、金相检验等方法对钢管的开裂原因进行了分析。结果表明:该DH36钢管开裂是由钢板原始缺陷引起的。钢坯在加热炉中加热时,缺陷表面再次发生氧化形成氧化圆点,轧制时缺陷被碾压变形,形成裂纹;在钢管扩径时,裂纹扩展最终导致钢管开裂。     

高温合金的高温疲劳裂纹扩展门槛值试验

疲劳裂纹扩展门槛值反映材料抗裂纹扩展的能力,是重要的材料性能指标。室温疲劳试验已经成为标准试验方法,但是该方法能否拓展到高温下,并应用于高温合金,尚无试验数据。根据目前的测试技术,试验温度在600℃以下可以使用目测法进行裂纹扩展试验,而在600℃以上,由于试样表面氧化,目测无法观察,所以使用自动测量方法——直流电位法。但由于裂纹扩展门槛值试验时间很长(上百小时),试验难度非常大。该文介绍了粉末高温合金、变形高温合金以及定向凝固高温合金3种高温合金最高到850℃的疲劳裂纹扩展门槛值试验,使用目测法和直流电位法两种方法进行裂纹长度测量。结果表明:直流电位法可以用于高温疲劳裂纹扩展门槛值试验,但试验数据还存在一定的分散性,尚需进一步研究提高裂纹长度测量精度。     

Fe-0.03Te-0.3Pb-0.9Mn易切削不锈钢润滑滚动磨损机理研究

采用润滑滚动磨损实验测试Fe-0.03Te-0.3Pb-0.9Mn易切削不锈钢的表面摩擦磨损特性。比较不同磨损时间球珠作用下合金表面磨损形貌、体系硬度、摩擦因数和磨损体积的差异,并对其润滑滚动磨损机理进行深入研究。结果表明:磨损启动期,合金表面磨损性能相对稳定,在MnS和Pb等易切削相交互作用下,合金表面犁削底部开始产生裂纹;磨损稳定期,合金表面性能逐渐变化,犁削底部裂纹持续生长,交织的裂纹开始产生片状或块状凸起物;磨损失效期,合金表面润滑膜和剥落物大量脱落,剥落物形成磨料磨损,犁削逐渐贯通消失,合金表面体系相结构快速瓦解。     

27SiMn钢窄间隙GMAW环焊缝开裂原因分析

目的 以发生开裂的27SiMn钢窄间隙GMAW环焊缝为研究对象,研究其裂纹形成原因及扩展过程。方法 对裂纹附近的母材及焊缝进行化学成分分析、裂纹宏观形貌分析、金相组织分析、扫描电镜分析、结构受力分析等,探明裂纹的形貌特征、形成原因及扩展路径。结果 试样化学成分和金相组织无明显异常,满足使用要求。裂纹属于明显的张开型（Ⅰ型）裂纹,从焊缝根部向缸体表面呈碗状扩展,形成缸体内部与外部的连接通道,导致液压油渗漏。裂纹起源于焊缝根部的热影响区,焊缝根部熔深不稳定,部分拼接处存在未熔透缺陷,未熔透处存在的氧化铝、碳酸钙等夹杂物是形成裂纹的主要诱因。在焊接残余应力的作用下,沿焊缝根部的夹杂物形成轴向裂纹和周向裂纹;在工作载荷的作用下,焊缝根部周向拉应力和轴向拉应力达到最大值,其中周向拉应力约为工作载荷的5.5倍,在周向拉应力的作用下,裂纹沿径向和轴向发生扩展,最后形成碗状的裂纹扩展面。结论 焊缝根部的未熔透缺陷和非金属夹杂物是产生裂纹的主要原因,在工作载荷的作用下,裂纹沿轴向和径向发生扩展,最后扩展至缸体表面呈碗状。     

多弧离子镀(TiZr)N硬质膜的热震失效过程

(TiZr)N膜层的热震性能对于(TiZr)N膜在刀具上的应用至关重要,目前此类研究还非常有限。采用多弧离子镀技术制备不同Ti/Zr原子比的3种(TiZr)N硬质反应膜,在600℃下采用水冷和空冷2种方式进行热震循环试验,考察了(TiZr)N硬质反应膜的成分、表面形貌和热震失效过程,讨论了表面形貌特别是表面液滴、膜层成分以及热震循环方式对(TiZr)N硬质反应膜热震性能的影响。结果表明:(TiZr)N膜层热震失效过程具有裂纹形成、裂纹扩展、形变区域形成并最终导致膜层脱落的特性;膜层中Zr含量增加,(TiZr)N膜层热震失效加剧;与空冷热震循环相比,水冷循环明显加剧了(TiZr)N膜层失效。     

热膨胀工艺硅橡胶芯模对复合材料圆管成型的影响

在建立硅橡胶芯模尺寸及工艺间隙设计公式的基础上,采用硅橡胶热膨胀工艺制备了碳纤维/双马树脂复合材料圆管,考察了不同厚度硅橡胶芯模对成型过程温度分布及预浸料铺层内部树脂压力的影响,并分析了圆管的成型质量。结果表明：硅橡胶芯模的厚度对温度分布影响较大,厚度为5mm时,温度分布比较均匀;铺层内的树脂压力能够达到设计压力,但不...     

轴箱轴承缺陷状态下的高速车辆振动特性分析

采用SIMPACK动力学软件,建立了一高速车辆出现轴箱轴承早期缺陷的动力学计算模型,将轴承假设为只有外圈和内圈两者之间的相互作用,轴承中的滚子直接等效成若干个力元,分别考虑了轴承的内、外圈以及滚子表面早期缺陷对车辆垂向振动特性的影响。仿真结果表明：当轴承表面出现早期缺陷时,轴箱振动加速度显著增大,而构架的加速度变化不大;当内外圈以及滚子缺陷尺寸（缺陷宽度和深度）相等时,轴承外圈缺陷对轴箱的加速度幅值影响最大,轴承滚子缺陷对轴箱加速度幅值影响最小;随着早期缺陷宽度的增加,3种轴承缺陷下的轴箱加速度幅值均逐渐变大;轴承早期缺陷能够引起轴箱的高频振动,但对车辆的平稳性影响甚微。     

Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料的制备

利用热等静压技术高温高压的特点,在金属陶瓷的基体上获得了硬质梯度涂层.借助扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电子探针分析技术对N化后材料的组织、结构、性能进行了测试分析.结果表明,高温高压N化能在表面形成硬质梯度薄膜,表面区域N的活度梯度是促使各合金元素迁移形成氮化表面层特征组织的最终驱动力.表面硬度和心部韧性提高,并且硬度由表及里逐渐减小,这是由于高温高压氮化处理使材料中的孔洞闭合,微裂纹和缺陷的减少使得材料的性能得到显著提高.     

芯轴摩擦系数对推压-拉拔复合缩径的影响

推压-拉拔复合缩径工艺是管坯减径的新方法,芯轴外表面与管坯内表面之间摩擦系数对工艺有重要的影响。通过建立推压-拉拔复合缩径变形过程中变形管坯的力学模型,分析了芯轴外表面与管坯内表面之间摩擦系数对成形的影响规律。针对某载重6.5 t胀压成形汽车桥壳管件的第一道次推压-拉拔复合缩径,设定不同的芯轴摩擦系数,进行了有限元仿真,得到了芯轴摩擦系数对管坯变形的影响规律,并基于管坯传力区不失稳以及变形所需凹模推力和芯轴拉拔力较小,给出了芯轴摩擦系数的设定范围。进行了缩径实验,实验和有限元模拟的结果接近。较小的芯轴摩擦系数可能造成管坯起皱失稳,而较大的芯轴摩擦系数,有利于降低管坯轴向压应力、凹模推力和芯轴拉拔力,但可能造成管坯表面划伤。     

Probabilistic high cycle fatigue behaviour of nodular cast iron containing casting defects

Theoretical and experimental investigations were combined to characterize the influence of surface casting defects (shrinkages) on the high cycle fatigue (HCF) reliability. On fracture surfaces of fatigue samples, the defect is located at the surface. The shape used for the calculation is a spherical void with variable radius. Finite-element simulations were then performed to determine stress distribution around defects for different sizes and different loadings. Correlated expressions of the maximum hydrostatic stress and the amplitude of the shear stress were obtained by using the response surface technique. The loading representative point in the HCF criterion was then transformed into a scattering surface, which has been obtained by a random sampling of the defect sizes. The HCF reliability has been computed by using the Monte Carlo simulation method. Tension and torsion fatigue tests were conducted on nodular cast iron with quantification of defect size on the fracture surface. The S – N curves show a large fatigue life scattering; shrinkages are at the origin of the fatal crack leading to the final failure. The comparison of the computed HCF reliability to the experimental results shows a good agreement. The capability of the proposed model to take into account the influence of the range of the defect sizes and the type of its statistical distribution has been demonstrated. It is shown that the stress distribution at the fatigue limit is log-normal, which can be explained by the log-normal defect distribution in the nodular cast iron tested.     

Anisotropic mechanical and fatigue behaviour of Inconel718 produced by SLM in LCF and high‐temperature conditions

Additive manufacturing (AM) is one of the processes with the most potential for producing components used in internal combustion engines and features high efficiency due to the possibility of building very complex shapes. Several drawbacks of parts produced using AM are still unresolved, like poor surface quality, the presence of internal defects and anisotropic mechanical behaviour, which all contribute to decreasing the fatigue strength compared with the material produced using conventional processes. The effect of building direction on both the macroscopic mechanical behaviour and the crack propagation mechanism of Ni‐base superalloy Inconel718 produced using AM was investigated under the combined effect of low cycle fatigue (LCF) and high temperature. The different crack growth mechanisms investigated using compact tension (CT) specimens, tested at high temperature, showed a significant difference between the two building directions. The LCF fatigue experiments also showed a significant difference in the ε‐N curves from the two directions together with a high level of scatter due to the dispersion of the defect size at the fracture origin. The dimensions of the defects (as measured using the parameter) were analysed by means of extreme value statistics and showed a significant difference between the two orientations investigated. The aim of this work is to propose a simplified approach (based on ΔJ_eff concepts) to estimate the fatigue life of a component produced using AM that takes into account the material variability due to the combined effect of mechanical anisotropic behaviour and the presence of defects at high‐temperature conditions.     

高温应用钼及钼合金表面改性研究进展

钼及钼合金因具有高熔点、高硬度、力学性能优异等优点,被广泛应用于军工、航空和航天等领域。但钼及钼合金在高温使用时存在抗氧化、抗烧蚀和耐磨损性能较差等缺陷,严重影响了钼及钼合金的高温使用性能。研究发现,通过表面改性能有效解决上述问题。首先提出了高温应用钼及钼合金表面改性涂层需满足的基本要求,系统地综述了改性涂层在改善高温应用钼及钼合金抗氧化、抗烧蚀和耐磨损性能方面的研究进展,介绍了常见改性涂层的制备方法,并指出了目前该研究领域存在的问题及今后的发展方向。     

A comparison of high temperature defect assessment methods

Cracked high temperature components which are subjected to creep or creep-fatigue loading may fail by crack growth, net section rupture or a combination of both processes. In this paper, models are presented for describing these modes of failure in terms of fracture mechanics concepts, limit analysis methods and cumulative damage laws. It is shown that these models form the basis of a number of high temperature defect assessment procedures that are available for plant. These procedures are then applied to a semi-elliptical defect in a plate which is subjected to creep-fatigue loading. It is found that the predictions are sensitive to the crack initiation criteria assumed and the limit analysis solutions adopted.     

大尺寸掺硼宝石级金刚石单晶的高温高压合成及电学性质研究

在5.4GPa、1200～1400℃条件下,进行掺硼金刚石单晶的合成研究。成功合成出了重0.2g,径向尺寸达6.0mm的优质掺硼金刚石单晶。考察了合成体系中硼添加量对晶体透光度的影响。利用伏安特性和霍尔测试,得到了掺硼金刚石单晶常温电阻率、霍尔系数及霍尔迁移率和合成体系中硼添加量的关系。研究发现,随着合成体系中硼添加量的增加,晶体的电阻率和霍尔迁移率都呈下降趋势;霍尔系数随硼添加量的增加先下降后上升。随着硼添加量的增加:晶体常温电阻率下降,表明硼杂质已进入到金刚石晶体中。霍尔迁移率的下降,可能是晶体缺陷增多对载流子散射所致。霍尔系数先减小后增大,这可能与进入金刚石的硼元素量增大及晶体缺陷增多有关。     

瞬时高能量加热法的红外无损检测技术模拟

在传热学基础上,分别针对含不同深度缺陷的混凝土和铬钢试件建立了二维传热模型,并从理论上对试件采用瞬时高能量加热,在2ms的时间内对试件表面施加4.8kJ热量.在此基础上,利用大型数值计算软件Matlab对试件表面瞬态温度场进行了计算分析,确定了在瞬时高能量加热下缺陷深度与表面温差的关系及最佳检测时间;同时对不同材料缺陷检测效果进行分析比较,发现以混凝土为代表的非金属材料,对于距表面10mm以内的缺陷,可以在不到3分钟的时间内检测出;对于金属材料,表面温升很小,只有当缺陷在距表面5mm内,可以进行检测分辨,且对检测时间要求较高.