镍基高温合金的热机械疲劳寿命预测模型研究

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200~450℃及400~650℃条件下的同相位热机械疲劳(TMF)试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能,提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型,并结合试验数据确定模型参数;采用GH4169、IN718、DD8三种高温合金对该模型的TMF寿命预测能力进行评估,结果表明,提出的寿命模型预测精度高于TMF寿命预测常用的Manson-Coffin模型和Ostergren模型。

压铸模具钢热机械疲劳损伤机制研究

热机械疲劳(Thermal Mechanical Fatigue,TMF)是压铸模具钢在高温和机械应力下的重要损伤形式。通过分析TMF加载条件下的疲劳断口特征,揭示其与传统低周疲劳不同的疲劳断口特征。研究发现:TMF的疲劳断口具有疲劳源区、裂纹扩展区和断裂区3个明显区域,其中裂纹扩展区面积最大;在不同加载条件下,断裂区的特征存在一定变化趋势。此外,在TMF过程中观察到断口表面的氧化现象在不同相位下呈现不同特征,这与加载条件及材料性质有关。研究还发现,在TMF过程中存在预缩现象,尤其在外部压力-热机械疲劳(External Pressure-Thermal Mechanical Fatigue,EP-TMF)条件下更为显著,这与低温半周塑性变形有关。

热作模具钢的高温热机械疲劳寿命预测

研究热作模具钢在应力控制下的等温疲劳和同相热机械疲劳寿命 ,发现在相同的应力幅下 ,同相 (最高温度5 5 0℃ ,最低温度 2 5 0℃ )热机械疲劳寿命低于上限温度的等温 (温度 5 5 0℃ )疲劳寿命。这表明在相同的应力幅下 ,热机械疲劳比等温疲劳产生更严重的损伤 ,用最高温度下的等温疲劳寿命代替热机械疲劳寿命并不一定得到可靠的结果。在等温疲劳条件下 ,疲劳裂纹主要为穿晶萌生与扩展 ,而在热机械疲劳条件下 ,疲劳裂纹主要沿晶萌生与扩展。文中还以Chaboche高温疲劳损伤模型为基础 ,考虑损伤系数是最高温度和温度范围的函数来评价载荷控制下材料的热机械疲劳寿命。在热机械疲劳试验中 ,考虑温度变化产生的附加内应力 ,因此每一循环的损伤不仅是最大应力和平均应力的函数 ,而且与最高温度和温度循环范围有关。根据累计损伤的等效温度法 ,取最大温度为等效温度。热作模具钢在热机械疲劳过程中 ,由热循环产生的附加损伤通过损伤指数系数表示。结果表明 。

DD8单晶镍基高温合金的热机械疲劳

对DD8合金进行了同位相(IP)与反位相(DP)热机械疲劳(TMF)实验.结果表明:当以机械应变幅作为参量时,在高应变幅下,IP疲劳寿命均低于OP的寿命;随着应变幅的降低,IP疲劳寿命有向OP寿命靠近的趋势.扫描电镜观察表明,IP和OP TMF试样的断口形貌有明显的不同.在IP实验中,裂纹萌生于试样内的铸造孔洞,垂直于加载轴方向扩展;而OP裂纹则是萌生于试样的自由表面,沿着{111}晶面扩展.不同的裂纹萌生和扩展机制是导致IP和OP TMF寿命差异的主要原因.

基于稳健设计的PBGA器件焊点热机械疲劳可靠性的优化设计

基于稳健设计与有限元法,研究了加速热循环测试条件下塑封球栅阵列（PBGA）焊点的热机械疲劳可靠性.考虑PCB大小（A）、基板厚度（D）、芯片热膨胀系数（G）、焊点热膨胀系数（H）等八个控制因素,使用L18（2^1×3^7）混合正交表,以对焊点热机械疲劳寿命的考核为目标,对PBGA焊点进行了优化设计.结果表明,影响焊点可靠性的显著性因素依次是基板热膨胀系数、焊点的热膨胀系数、基板厚度、芯片的热膨胀系数;最优方案组合为A182C3D1E2F1G3H1.进一步的验证试验结果表明,与原始方案相比,该优化方案的最大等效应变降低了66%,信噪比提高了22.4%.

试样尺寸对定向合金DZ125热机械疲劳寿命的影响

对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金进行了三种相位和两种试样尺寸的热机械疲劳实验研究。实验结果表明:在热机械载荷下,试样表面和内部温度梯度以及蠕变和氧化损伤的存在,导致试样工作段直径影响热机械疲劳寿命。当应变水平较高(疲劳寿命较短)时工作段直径为8mm试样的疲劳寿命和工作段直径为6mm试样的疲劳寿命无明显差别。当应变水平较低(疲劳寿命较长)时工作段直径为8mm试样的疲劳寿命比工作段直径为6mm试样的疲劳寿命长。

一种镍基单晶高温合金的热机械疲劳行为

采用热机械疲劳试验、扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在600-900℃的同相位热机械疲劳行为。结果表明：该合金在试验中承受的平均应力表现为压应力；随着机械应变幅的增大，疲劳寿命逐渐下降，应力范围和塑性应变量逐渐增大；合金在试验中表现为高温半周循环软化、低温半周循环硬化；合金热机械疲劳的主要变形机制为a／2（110）{111}型位错在基体内的滑移和交滑移运动；合金的断裂方式为微孔聚集型断裂，拉应力对合金的断裂起到了主导作用。

保持时间对涡轮盘材料GH4133合金热机械疲劳性能的影响

通过在热机械循环最高温度处进入不同保持时间 ,研究了保持时间对涡轮盘材料GH41 33合金热机械疲劳性能及其寿命的影响。结果表明 ,对于不同保持时间 ,无论是同相位热机械疲劳还是反相位热机械疲劳 ,材料在温度升高的过程中均呈现循环软化特性 ,并且随着应变量的增大循环软化速率加快 ,在温度降低的过程中无明显的循环硬化或循环软化 ;而保持时间对同相位热机械疲劳寿命影响较为显著 。

焦炭塔的热机械疲劳剩余寿命分析

本文对已服役24年(原设计15年)的焦炭塔进行了热机械疲劳剩余寿命分析与计算,此塔仍可再使用4年。

基于改进BP神经网络的焦炭塔热机械疲劳剩余寿命预测

焦炭塔热机械疲劳剩余寿命的分析对于保证焦炭塔的正常运行、防止事故的发生有着十分重要的意义。结合人工神经网络技术,提出了根据有限的材料热机械疲劳试验结果,用改进的BP神经网络预测焦炭塔热机械疲劳剩余寿命的方法,编制了相应的程序,并在实际应用中证明了此方法的有效性。这为研究焦炭塔热机械疲劳剩余寿命提供了一种新的方法。

DD8单晶镍基高温合金热机械疲劳后的微观结构

透射电镜(TEM)观察表明,DD8单晶镍基高温合金经过热机械疲劳(TMF)后,在同位相(IP)和反位相(OP)加载的条件下,合金内部的位错组态和γ′沉淀相的形貌有很大的区别,在IP加载条件下,垂直应力轴的,γ/γ′相界面上存在着密集的六角形位错网,平行应力轴的相界面上存在的是四边形的位错网,而且在小机械应变幅下,γ′相出现明显的筏化现象,并且随着应变幅的增加,γ′沉淀相的筏化现象也越来越不明显,在OP加载条件下,在γ/γ′相界面上则没有位错网被观察到,γ′被层错剪切,并且没有明显的筏化出现。

IC10合金热机械疲劳性能与寿命预测

600-1100℃时对IC10合金进行同相位、反相位、135°相位和-135°相位的应变控制热机械疲劳实验。发展了一种三参数幂函数能量方法的寿命预测方法，并用于材料的热机械疲劳寿命预测。对Manson-Coffin方程、拉伸迟滞能模型（Ostergren）、基于微裂纹扩展模型的能量方法和三参数幂函数能量方法热机械疲劳寿命预测能力进行评估，结果表明：材料的热机械疲劳应力-应变滞后回线的形状与温度-机械载荷之间的相位角有关；温度-机械载荷之间的相位角对材料的热机械疲劳性能有一定的影响；三参数幂函数能量方法物理意义明确，形式简单，寿命预测结果分布在2倍的分散带内，可以用来预测IC10合金的热机械疲劳寿命。

镍基高温合金K417热机械疲劳行为

主要研究了 K417高温合金在不同实验条件下的热机械疲劳 (TMF)行为。在计算机辅助控制伺服液压疲劳实验机上进行了同相和反相热机械疲劳实验。实验结果表明 ,与等温低周疲劳性能相比较 ,无论是同相还是反相的热机械疲劳均使寿命大大降低 ,不同相位对 TMF性能产生不同的影响。此外 ,对于热机械疲劳过程中的塑性应变分量中的时间相关相 (蠕变 )和非时间相关相 (纯塑性变形 )应当分别进行考虑 ,这样才能对该合金的热机械疲劳行为有更加准确的认识。最后用 SEM对不同试验条件下的断口进行了详细观察 。

高温合金材料循环相关热机械疲劳寿命预测

在变温非线性运动强化规律所描述的高温合金材料热机械疲劳应力－应变循环特性的基础上，讨论了应变控制的循环相关热机械疲劳寿命预测技术．所建模型采用了由应变能密度表示的损伤参数，并且引入了温度损伤系数，考虑了温度变化范围以及温度循环和应变循环相位关系对减劳寿命的影响．在确定模型的一些参数时，采用等温力学试验和疲劳试验的数据，为把等温疲劳研究成果推广到变温疲劳分析领域，开辟了新的途径．

DD8单晶镍基高温合金热机械疲劳后γ/γ'界面位错网产生内应力的计算

计算了DD8单晶镍基高温合金在同相(IP)和反相(OP)热机械疲劳(TMF)后γ／γ'相界面上产生的位错网的内 应力.结果表明:IP TMF条件下, γ／γ'相界面上产生的位错网可以释放掉大部分错配应力,同时因位错网的存在导致了γ' 沉淀相发生了明显的筏化现象. OP条件下产生的层错未造成基体内应力分布的不同,因此未发生γ'沉淀相的筏化.

粉末高温合金FGH95和FGH96的热机械疲劳性能

对粉末高温合金FGH95和FGH96进行了温度循环为350℃到600℃的同相位和反相位热机械疲劳试验。分析比较了两种合金的热机械疲劳滞后回线、循环应力响应行为和疲劳寿命。研究结果表明:FGH95合金和FGH96合金的热机械疲劳应力-应变滞后回线拉压对称,合金表现出高强度低塑性的特点;在相同总应变范围下,FGH96合金的热机械疲劳循环塑性比FGH95合金的热机械疲劳循环塑性大;FGH95合金和FGH96合金的热机械疲劳循环应力响应行为与热机械载荷水平相关;在相同的变形条件下,FGH96合金的热机械疲劳循环应力比FGH95合金的热机械疲劳循环应力小,从而导致了FGH96的热机械疲劳性能好于FGH95的热机械疲劳性能。

金属材料热机械疲劳试验研究的现状

详细论述了金属材料的热机械疲劳试验与研究现状，分析了金属材料的热机械疲劳特性，讨论了热机械疲劳试验方法，并提出了目前热机械疲劳试验与研究中存在的问题，以及热机械疲劳研究领域的研究方向．

GH4133合金热机械疲劳寿命的预测

通过对典型的热机械疲劳寿命预测模型的分析 ,结合 GH4133合金的热机械疲劳损伤特性 ,建立了热机械疲劳寿命预测模型——新的损伤分数模型。用该模型预测了 GH4133合金在 5 71～ 82 3℃的热机械疲劳寿命。结果表明 ,新的寿命预测模型不仅简便 。

单晶镍基高温合金DD8反位相热机械疲劳后的层错

对镍基单晶高温合金DDS在恒机械应变控制下的反位相(OP)热机械疲劳(TMF)实验后的微观结构进行了研究.结果表明,DD8单品经过OP TMF后γ’沉淀相被Schockley不全位错剪切,而不是象在等温疲劳(IF)那样是被位错对剪切,经过分析得出,γ’沉淀相是被位错对还是Schockley不全位错剪切,在适当的温度下,与形变的速度和施加的应力大小有很大的关系.

一种镍基单晶高温合金的反相热机械疲劳行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在600~900℃的反相位热机械疲劳行为,旨在探讨单晶合金的热疲劳变形及断裂机制,丰富单晶合金热机械疲劳理论。试验结果表明:当应变幅由0.6%增大至0.9%时,热机械疲劳寿命下降,塑性应变量和应力范围增大。合金的循环应力响应曲线在低温半周表现为循环硬化行为,而在高温半周则表现为循环软化行为。合金主要的变形特征是局部区域滑移带的运动。热机械疲劳裂纹起始于试样表面应力集中处,并沿着滑移带在{111}面向合金内部扩展,拉应力对合金的断裂起到了主导作用。