Study on Fatigue Properties of Turbine Disk Groove Modeling Specimens of GH4720 Alloy

基于航空发动机涡轮盘榫槽结构特点及其工作状态,采用榫槽模拟件对GH4720合金的疲劳失效机理和裂纹扩展寿命进行了实验研究和理论分析。研究结果表明:GH4720合金榫槽模拟件的疲劳失效表现为3个阶段:(i)模拟涡轮盘榫槽处由于较高的应力集中而产生滑移,进而萌生裂纹;(ii)随着应力集中和循环载荷的持续,相邻晶粒间位错开动、发生滑移,裂纹在晶粒间传递;(iii)随着应力强度因子范围增大,剪应力和主应力交互作用、滑移系开动及位错在不同滑移系间的运动,裂纹快速扩展。在实验基础上建立了GH4720合金的疲劳裂纹扩展寿命模型,基于有限元分析的榫槽处的应力和裂纹扩展寿命模型得到的裂纹扩展寿命与实验结果相符,表明该裂纹扩展寿命模型可用于工程中预测涡轮盘的剩余寿命。     

航空发动机涡轮盘GH4133B合金的疲劳断裂与组织研究

研究了不同应力幅值下航空发动机涡轮盘用GH4133B合金的疲劳性能,并观察了疲劳断口形貌。结果表明,GH4133B合金的理论疲劳极限均值为239.5 MPa;应力幅值为432 MPa时,疲劳断口无明显塑性变形,断口整体较为平整;疲劳源位于试样表面夹杂物处,在应力作用下向心部扩展,后断区位于外侧边缘,可见小面积剪切唇;合金中第二相颗粒在一定程度上会抑制疲劳裂纹的扩展,并减缓裂纹扩展速率。     

析出相特征对GH4720Li合金疲劳性能的影响

本文对不同温度固溶热处理的GH4720Li合金进行系列疲劳实验,研究合金析出相特征与疲劳性能的关联性。结果表明：固溶温度在1080℃~1120℃,合金中一次γ′相体积分数高,近球形的三次γ′相尺寸逐渐长大,晶粒组织细小、均匀,位错滑移主要是切过和绕过球形的γ′相并留下细小的滑移带,说明γ′析出相可以有效阻碍滑移带的扩展,合金疲劳性能较好;在1140℃,一次γ′相不均匀回溶,合金出现明显的混晶组织,三次γ′相形貌逐渐转变为方形,相互平行的滑移带尺寸明显增大,此时材料内部已发生较大程度的变形,材料的抗疲劳性能降低;在1180℃,一次γ′相完全回溶,合金产生粗大的晶粒组织,滑移带相互交叉,并且穿过晶界,严重降低合金的疲劳抗性。     

GH4720Li合金裂纹扩展速率的温度敏感性

测定了难变形高温合金GH4720Li在650℃、700℃、750℃及800℃空气环境下的裂纹扩展速率,并结合断口分析了在纯疲劳及保载条件下温度对合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着温度升高,合金裂纹扩展速率的增长幅度变大。800℃时,合金的疲劳裂纹扩展速率急剧增大。高温下,疲劳裂纹的扩展方式发生了明显变化,650℃时断口为沿晶和穿晶混合型,700~800℃时裂纹以沿晶断裂为主。保载时间的延长,裂纹扩展速率加快,且裂纹扩展速率的温度敏感性增加。     

GH901合金的蠕变裂纹扩展

我们对GH135合金的高温长期实验结果表明,存在一个“开裂界限”K_(It)(或称K_(Ihcc))。当应力强度因子K_I相似文献   

GH30和GH34合金的蠕变－疲劳交互作用

研究了ＧＨ３０和ＧＨ３４合金的蠕变－疲劳交互作用，观察到两种负交互作用：ＧＨ３０合金在先蠕变后疲劳的条件下的负交互作用和ＧＨ３４合金在连续循环蠕变的条件下的负交互作用。前者的交互作用项中疲劳损伤指数远大于蠕变损伤指数。因而负交互作用主要是由于预蠕变部分地抑制了后续疲劳的损伤。后者的交互作用项中的蠕变损伤指数远大于疲劳损伤指数。因而负交互作用主要是由于疲劳部分地消除了蠕变损份。还用微观观察的结果分析了这两种负交互作用的微观本质。     

GH169蠕变／疲劳交互作用下裂纹扩展研究

本文采用一种新型高温裂纹检测方法——翻转电位法[3,4],研究了航空发动机的涡轮盘材料GH169在650℃时不同保持时间的蠕变/疲劳交互作用下的裂纹扩展行为,进行了两种不同预测模型的比较,并用扫描电镜对断口作了微观分析。实验结果表明,利用Paris公式拟合初始裂纹扩展阶段实验数据时相关性差,但双曲正弦寿命预测模型具有良好的相关性和预测性,且这种模型更为方便实用。     

GH4698合金高温低周疲劳性能分析

研究了GH4698合金650℃时应变控制条件下的高温低周疲劳性能。结合疲劳试验数据,分析了合金的循环应力响应、循环应变响应及应力应变滞后回线,探讨了GH4698合金的疲劳性能。结果表明:GH4698合金在应变幅较低时具有良好的抗疲劳性能,而在较高应变幅时抗疲劳性能较差;在应变幅较低时合金会发生循环硬化和软化现象,而在应变幅较高时合金只发生循环硬化现象;随着应变幅的增加合金的循环韧性提高。     

增材制造GH3536合金的高温拉伸及疲劳裂纹扩展性能研究

采用选区激光熔化技术制备GH3536合金试样,经热等静压和固溶处理后对合金试样的显微组织、高温拉伸性能和不同应力比下的裂纹扩展性能进行了分析。结果表明,经热等静压和固溶处理后合金试样内部存在2种不同大小的等轴晶粒,在晶间存在连续片状分布的M₂₃C₆和M₆C碳化物。合金试样的拉伸性能随着温度的升高而不断下降,断裂方式由室温下的韧性断裂转变为900℃下的脆性断裂。在不同应力比下,合金试样的裂纹扩展方式主要为穿晶扩展,裂纹扩展速率随着应力比的不断上升而提高,在高应力比下合金内部的疲劳裂纹更倾向于在取向差较小的晶粒内部扩展。     

GH864合金蠕变/疲劳裂纹扩展速率及a-N曲线分析

研究了GH864合金不同保载时间下650℃蠕变/疲劳裂纹扩展行为,分析了裂纹扩展过程中蠕变和氧化的作用,以及a-N曲线的转折点含义。结果表明:保载5s时GH864合金以穿晶断裂为主,疲劳作用占主导;保载90s时GH864合金以沿晶断裂为主,蠕变作用占主导。利用Saxena模型可较好地表征本实验条件下650℃蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展速率曲线,可估算较高应力强度因子和较低应力强度因子的裂纹扩展速率。另外,用Saxena模型可求出蠕变和疲劳的表达式,对比分析高温蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展过程中蠕变和疲劳的作用及所占的比例。最后针对a-Ni/Nf、da/dN-a曲线及da/dN-N曲线变换中出现的拐点,结合断口形貌分析了转折点对应的含义。高温合金及其它材料的裂纹扩展速率曲线也适用于以上曲线分析方法。     

涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展分析

基于有限元软件ABAQUS和三维裂纹扩展分析软件Franc3D,对涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展进行研究分析。首先,对平板试样表面裂纹进行裂纹扩展模拟计算研究,对比手册中Gross/Brown理论模型验证裂纹扩展应力强度因子数值模拟的准确性;其次,针对涡扇发动机涡轮盘结构,对轮盘不同外缘等效应力、转速情况的应力强度因子以及考虑初始缺陷的三维疲劳裂纹扩展寿命进行计算;最后,讨论发动机载荷差异对应力强度因子和裂纹扩展寿命影响规律。结果表明：在相同裂纹长度时,应力强度因子随着轮盘外缘等效应力和转速增加而增大,载荷越大疲劳寿命则越短,且裂纹越长,影响越大。为工程上三维裂纹扩展计算以及寿命评估提供参考。     

镍基高温合金GH4049高温疲劳小裂纹扩展规律

对镍基高温合金GH4049在相同载荷、不同温度下疲劳小裂纹扩展规律进行了试验，利用复型技术和光学显微镜观测了裂纹尺寸演化全过程，发现小裂纹扩展速率的趋势是先快后慢，且温度升高，扩展速率反而下降。这与小裂纹的闭合效应有关，在700％小裂纹的氧化诱发闭合效应比650％时明显。     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为(英文)

研究2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为。在室温条件下,采用光滑试样进行疲劳测试,其中最大应力为恒定值,应力比R为0.1,频率f为40 Hz。利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜及电子背散射衍射等手段对合金的微观组织进行分析,研究合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为与其微观组织的关系。结果表明:2A97合金的疲劳裂纹主要萌生于试样表面的杂质相和粗大第二相处;其疲劳裂纹的早期扩展行为主要受晶粒结构与位错或滑移带共同作用的影响。当相邻晶粒的错配度接近于其晶内的最优滑移面的位向差时,大角度晶界强烈阻碍滑移带的运动,从而导致裂纹分叉和偏折。     

冶炼工艺对GH871合金涡轮盘韧性的影响

研究了AIM ESR和VIM ESR两种冶炼工艺对GH871合金涡轮盘三种韧性指标的影响,结果表明:冶炼工艺对该合金在室温、650℃拉伸和缺口冲击韧性影响较小,采用VIM ESR冶炼工艺可以显著提高GH871合金在700℃拉伸韧性和I型裂纹平面应变的断裂韧性。     

焊后电子束局部热处理对GH4133合金接头疲劳性能的影响

针对涡轮盘材料GH4133合金，在电子束焊后采用新颖的电子束局部热处理工艺对接头进行热处理。通过700℃高温疲劳试验，研究了电子束局部热处理对电子束焊接接头疲劳寿命的影响，旨在为航空构件的电子束焊接及焊后电子束局部热处理加工积累性能数据和经验。     

铸造高温合金涡轮叶片热冲击疲劳行为研究

为了研究不同材料涡轮叶片热冲击疲劳性能,采用感应加热热冲击试验装置对三种铸造高温合金涡轮叶片进行了试验研究。利用光学相机、视频显微镜和扫描电子显微镜对叶片表面裂纹形貌、叶片横截面和断口形貌进行观察。结果表明：单晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命长于定向晶涡轮叶片热冲击疲劳寿命。定向晶涡轮叶片中添加Re元素延长了热冲击疲劳寿命。热冲击疲劳导致裂纹萌生于叶片中截面考核区并沿叶高方向扩展。裂纹的扩展方式与叶片合金成分及铸造工艺有关。     

DZ40M合金的热疲劳性能

采用扫描电子显微镜研究DZ40M定向凝固钴基高温合金的热疲劳性能。结果表明,随着上限温度的升高,裂纹扩展速率增加,热疲劳抗力降低。在上限温度相同时,随着保温时间的延长,热疲劳性能提高,在合金表面形成均匀致密的氧化物保护膜有利于热疲劳性能的提高。由于碳化物与基体的热膨胀系数不同,合金在受温度交替变化时,易在基体和碳化物界面处产生裂纹孔洞,从而萌生裂纹。热疲劳裂纹通过裂纹孔洞的相互连接向前扩展     

不同温度下GH136合金疲劳蠕变交互作用断裂特征图研究

本文研究了不同温度下GH136合金的疲劳蠕变交互作用,得到变温断裂特征图,结果表明,温度的降低将使材料的抗蠕变损伤能力迅速增加,导致F区的扩大和C区的缩小,甚至在550℃下C区完全消失。即在全部应力区间,即使疲劳应力不大,疲劳断裂仍占优先地位。可用一个材料参量Ω粗略预测C区完全消失的条件。