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。     

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.     

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。     

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.     

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．     

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.     

镍基高温合金定向粗化行为的有限元分析

镍基高温合金广泛应用于燃气轮机的叶片、涡轮盘和燃烧室等高温部件．针对镍基单晶高温合金的服役条件和结构特点,采用有限元方法建立数学模型,有限元分析时用热膨胀系数代替正负错配的选择,用柔度矩阵的计算表达单元各向异性,并计算静水压力（hydrostatic pressure）及等效应力（von Mises stress）分布,研究负错配的情况下镍基高温合金在[111]取向上受载时γ’颗粒的定向粗化行为,结果表明γ’颗粒的粗化方向及形态依赖于应力轴取向．     

AZ31镁合金高温蠕变特征及组织演化

通过测定蠕变曲线，对蠕变不同阶段组织形貌的SEM、TEM观察，及结合蠕变期间高温显微镜的原位动态观察，研究了AZ31镁合金蠕变期间的组织演化和断裂特征．结果表明：该合金在蠕变期间具有较高的应变速率，应变产生的高密度位错，在热激活作用下可发生合金的动态再结晶；晶内多取向滑移是稳态蠕变后期的形变机制；在蠕变第三阶段，裂纹在晶界处产生，并沿晶界韧性撕裂扩展是该合金的蠕变断裂机制；而远、近断口处均发生晶内滑移和沿晶界韧性撕裂扩展是致使合金具有较高总应变量的直接原因．     

颗粒增强ZA27基复合材料的高温蠕变特性

采用高温持久硬度试验及压入蠕变特性分析进行了颗粒增强ＺＡ２７基复合材料抵抗高温蠕变能力的研究。研究发现ＳｉＣ,Ａｌ２Ｏ３颗粒的加入大大提高了ＺＡ２７合金的抗高温蠕变的能力。其强化机理主要是由于材料承受的载荷有效地转移到增强相颗粒上;复合材料基体中有高的位密度;复合材料中的内应力提高了位错滑移的门榄应力。     

Re质量分数对单晶高温合金组织和性能的影响

为了研究Re在单晶高温合金中的作用,基于Rene N5的合金成分,调整了Re的质量分数,拉制了Re质量分数分别为2.5%、3%和3.5%的三种不同镍基单晶高温合金,研究了Re质量分数的变化对合金组织及持久性能的影响.研究结果表明:完全热处理后,三种合金都获得了规则的立方体形γ′相,随着Re质量分数的增加,γ′相尺寸逐渐减小.在982 ℃/248 MPa的持久条件下,随着Re质量分数的增加,合金的持久寿命呈先增加后降低的趋势; 在持久试验过程中,三种合金中均析出了μ相,且随着Re质量分数的增加,μ相含量逐渐增加.在871 ℃/552 MPa的持久条件下,合金的持久寿命随着Re质量分数的增加而增加,没有μ相析出.     

基于修正θ投影法的GH4169高温合金蠕变寿命预测

在不同温度和不同应力条件下,对GH4169高温合金进行了蠕变实验,得到不同参数下的蠕变数据并绘制了相应的蠕变寿命曲线。利用修正θ投影法,对得到的实验寿命曲线进行非线性拟合,建立了温度、应力相关的蠕变方程。用所建立的蠕变方程验证了GH4169高温合金蠕变寿命曲线,结果表明吻合性较好,达到了蠕变寿命预测的效果。     

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。     

新型镍基高温合金的高温氧化行为研究

新型镍基高温合金是一种能够高温下能够保持良好强度、抗燃的金属材料,被广泛应用在工业领域之中.但目前对于新型镍基高温合金的研究大多是在材料稳定性、耐腐蚀等方面,很少有涉及高温氧化性行为的研究.所以本文详细阐述了一中新型镍基高温合金的高温氧化行为的研究方法.     

Re对镍基合金晶格错配度的影响

通过对不同Re含量镍基合金进行室温、高温X射线衍射谱线测定及持久性能测定,研究了Re含量及温度对镍基合金中γ、γ两相晶格错配度及持久寿命的影响规律．结果表明：随Re含量增加,合金中γ、γ两相的晶格常数增大,两相界面的晶格错配度及错配应力减小,致使蠕变期间合金中γ相的筏形化速率降低,并可较大幅度地提高合金在高温区间的持久寿命．与Y有序相比较,无序的γ相原子结合力较弱,且热容较大,致使其有较大的膨胀系数,故随温度提高,合金中两相的晶格错配度绝对值增大．合金中γ、γ两相的晶格常数、热膨胀系数随温度变化服从指数规律;在试验的温度范围内,提出的数学表达式在高温区间,可较好地模拟γ、γ两相的膨张特性．     

电刷镀Ni - P合金镀层的高温摩擦磨损性能

对电刷镀Ni - P合金镀层的高温摩擦磨损性能进行了研究.实验结果表明,在20CrMo钢基体上,电刷镀Ni - P合金镀层能有效降低试样在高温(450 ℃)下的摩擦因数,减小高温磨损量.其中,12 min电刷镀试样在高温摩擦测试前80 min内,摩擦因数基本维持在平均值约0.30,仅为20CrMo钢基体(0.60)的50%;80～120 min因镀层局部被磨损穿透,其摩擦因数缓慢增长;120 min后,基本维持在平均值约0.50,测试完成后质量磨损量为同等测试条件下20CrMo钢基体的19.99%;24 min电刷镀试样在450℃下摩擦测试180 min的整个过程中,摩擦因数均较稳定,平均值为0.30,高温摩擦磨损测试后的质量磨损量仅为20CrMo钢基体的6.36%.     

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。     

单晶合金中孑L洞对蠕变行为的三维有限元模拟

通过对有/无缺陷单晶镍基合金蠕变性能测试、组织形貌观察及采用三维有限元对近孔洞区域的应力场分析,研究组织缺陷对单晶合金蠕变行为及组织演化的影响.结果表明:组织缺陷可明显降低单晶镍基合金的塑性和蠕变寿命.在高温蠕变期间,近孔洞区域的应力等值线具有磲形分布特征,并沿与施加应力轴成45°角方向有较大值,该应力分布特征可使合金中γ′相转变成与施加应力轴成45°角的筏状结构,并使圆形孔洞沿应力轴方向伸长成椭圆状.蠕变期间,在合金圆形孔洞缺陷的上、下区域具有较小的应力值,而在圆形孔洞的两侧极点处具有最大应力值;随蠕变时间延长,应力值增大,促使裂纹在该处萌生,并沿垂直于应力轴方向扩展,这是降低舍金蠕变寿命的主要原因.     

高温加热电缆结构设计

高温加热电缆是在大功率或高温环境下使用的加热电缆.根据其使用特点,应选用不易氧化的合金或镀层金属作为发热元件,以耐高温的氟塑料作为绝缘和护套材料,屏蔽结构和材料的选择要充分考虑屏蔽效果和高温环境下的稳定性,保证电缆的长寿命.