长时服役后HR3C耐热钢的微观组织与拉伸性能变化研究

碳中和技术成为火力发电的最有效解决方式之一,HR3C奥氏体耐热钢因其具有优异的高温性能而成为超超临界机组使用的典型高温部件材料。采用SEM、TEM、EBSD等技术对未服役样品和服役时长分别为35564、67705 h的样品进行微观组织观察,同时对几种材料的室温拉伸和高温拉伸性能进行了测量。结果表明:HR3C耐热钢具有良好的高温稳定性,在晶粒组及能源革命的大背景下,超超临界发电织与未服役样品一致,仍为孪晶奥氏体组织。此外,服役后HR3C的大角晶界处出现连续分布的M23C6相,并在晶界附近观察到纳米级NbCrN相。长时服役后其室温拉伸性能和高温拉伸性能与未服役样品并无明显变化。

高温临氢环境材料原位力学测试系统及其在高温合金中的应用

该文设计并制造了一种高温临氢环境力学试验装置,可实现最高600℃以及2 MPa纯氢或混氢环境下材料的拉伸测试。该装置创新氢气环境箱设计,并配备真空及气体置换系统,可实现既定试验温度下高纯气体的压力控制。通过采用直线位移传感器,实现了对材料变形量的准确稳定测量。利用该装置评价了GH4169高温合金在不同温度临氢环境下的拉伸性能,结果表明,氢环境会对材料产生明显的脆化作用,主要体现在降低材料的延伸率及断面收缩率。利用扫描电子显微技术,对GH4169在不同温度临氢环境下的断裂模式及机制进行分析发现,GH4169在200℃下的氢致损伤更为严重,主要是因为氢原子在高温下的扩散速度较快,更易在晶界上聚集并诱发氢致沿晶断裂,进而使得材料塑性显著降低。

镍基高温合金深小孔的旋转冷挤压强化工艺优化

采用多级凸包硬质合金挤压工具对镍基高温合金平板中的深小孔进行旋转冷挤压及无旋转冷挤压(主轴转速为0)试验,研究了挤压率(2.4%,3.0%,3.6%)与主轴转速(0,66,200 r·min^(-1))对孔壁表面完整性及试样疲劳寿命的影响,确定了旋转冷挤压优化工艺。结果表明:与无旋转冷挤压强化工艺相比,旋转冷挤压强化后孔壁表面微裂纹较少,随着主轴转速的增加,微裂纹增多,表面粗糙增大,且相同主轴转速下,挤压率越大,粗糙度越小,表面硬度越高,残余压应力和压应力层厚度越大。优化旋转冷挤压工艺参数为主轴转速66 r·min^(-1)、挤压率3.0%,该工艺下的孔壁表面微裂纹少,塑性变形层较厚(约30μm),表层硬度提升(硬度峰值为515 HV),表面粗糙度较低(Ra为0.298μm),沿深度方向形成了厚度约为450μm、应力峰值为498 MPa的周向残余压应力层;在优化工艺下孔强化后试样的疲劳寿命约为未强化试样的6.6倍,疲劳裂纹源由孔壁表面向内部偏移了约45μm。

叶片水射流表面强化工艺的数字孪生系统设计

水射流表面强化是一种有效提升航空发动机叶片疲劳寿命的工艺方法。针对水射流表面强化装备和工艺系统还不具备对强化工艺的监测、检测、预测和决策的能力,将数字孪生技术引入到水射流表面强化工艺。首先根据水射流强化工艺原理,明确了水射流表面强化的数字孪生系统的框架;其次在实体层、模型层、数据层、应用层以及数据传输5个层面上完成了数字孪生系统的设计,实现了物理系统的强化装备和工艺的虚拟映射,以及各层级之间的连接和交互。应用实例表明,所构建的数字孪生系统能够实时监测强化设备的工作状态、检测强化后叶片的表面完整性、预测特定强化工艺下的强化效果,为强化工艺的选择和优化提供决策支持。

基于机器学习的异构金属材料性能预测及结构设计

异构金属材料因其特殊的微观结构,在具有较高强度的同时仍然能保持良好的韧性,但是复杂的结构参数使其性能预测和结构设计变得非常困难。机器学习(ML)在处理高维物理量之间的复杂非线性关系方面表现出强大的能力,从而成为异构金属材料性能预测和结构设计的有力工具。介绍了异构金属材料的特征,总结了ML算法及其相关的数据处理问题,综述了ML在异构金属材料性能预测和结构设计方面的应用研究现状,给出了ML辅助异构金属材料性能预测及结构设计中存在的关键问题,并对未来的研究方向进行了展望。

纳米CoCrCuFeNi高熵合金原子尺度的实时变形行为

通过分子动力学方法分别在2×10^(8)~1×10^(10)s^(-1)的不同应变率和10~1200 K的不同温度下进行拉伸试验,并研究纳米CoCrCuFeNi高熵合金的实时变形行为。结果表明,在高温和低应变速率下的主要变形机制是晶界滑移。随着温度的降低和应变速率的增加,位错滑移取代晶界滑移来控制塑性变形,进而提高合金的强度。此外,为进一步研究晶界对力学行为的影响,对具有不同晶粒尺寸的合金进行模拟。结果发现,当晶粒尺寸过小时,纳米高熵合金的强度随着晶粒尺寸的增加而增加,表现出反Hall-Petch关系。

涂层缺陷对涂层失效与基体腐蚀行为的影响研究

通过对涂层缺陷、涂层起泡、湿附着力等研究领域的回顾 ,讨论了涂层缺陷对腐蚀性介质离子在涂层中的传输行为、涂层失效、基体腐蚀行为等方面的影响。在此基础上 ,针对涂层缺陷研究现状中存在的一些未解决问题 。

ZrO_2/NiCoCrAlY功能梯度涂层残余应力分析

采用有限元方法研究了等离子ZrO2 NiCoCrAlY功能梯度涂层形成过程中的热力学行为以及残余应力的分布。结果表明,由于涂层与基体的热膨胀系数不匹配等原因,在界面等区域存在严重的应力集中。涂层与基体厚度比、中间层以及喷涂过程的冷却速率对残余应力水平有很大影响。涂层内部关键区域的残余应力水平,随着涂层厚度增加而增加;5 0 %ZrO2 +5 0 %NiCoCrAlY中间层对降低涂层内部的应力水平是有利的,但并不能消除涂层内部的应力集中;对于瞬态分析而言,涂层内部的应力随着冷却速度的增加而增加。

功能梯度涂层热残余应力

涂层中的残余应力严重影响着涂层零件的机械完整性与操作可靠性。对于功能梯度涂层,由于各界面位移协调条件的限制,很难得到涂层内部残余应力的闭合解。基于传统的悬臂梁理论,获得了功能梯度涂层热残余应力的闭合解;这一分析模型的优点是残余应力的闭合解与涂层层数无关。讨论了采用传统的近似解所带来的误差, 针对含不同层数的ZrO2/NiCoCrAlY功能梯度涂层内部的残余应力进行了计算。另外,对应力诱导的涂层失效模型也进行了分析。

不同材料涂层/基体界面应力的有限元评价

涂层 /基体结合强度是衡量喷涂质量的关键指标。利用有限元方法对涂层 /基体剪切结合强度的测定方法进行了力学分析 ,着重讨论了涂层 /基体交界面上的应力分布。然后 ,在此基础上 ,针对 3种不同涂层材料 (Al2 O3、Al、Cr3C2 / Ni- Cr) ,对涂层 -基体交界面进行了应力分析 ,比较了不同的涂层材料性能对涂层 /基体剪切结合强度的影响 ,给实际喷涂工艺有一定的指导意义。

涂层材料与几何尺寸对等离子喷涂残余应力的影响

在等离子喷涂过程中,由于基体与涂层的热膨胀系数的不匹配,在它们共同冷却的过程中,产生了不同的热变形。本文采用有限元瞬态热分析方法对等离子喷涂过程的温度场进行了分析。在此基础上,进一步计算了常用的Al2O3涂层与16MnR基体组成的喷涂系统的残余应力分布,并对计算结果进行了讨论。然后,针对不同的涂层尺寸、不同涂层材料(a相Al2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2、Al2O3-ZrO3)进行了残余应力计算,对涂层与基体内部的应力进行了分析,并且比较了不同的涂层尺寸以及材料性能对应力状态及分布的影响,对实际喷涂工艺有一定的指导意义。

高强钢硫化物应力腐蚀开裂及防范

系统的综述了高强钢化工设备硫化物应力腐蚀开裂机理及常规的影响因素。在此基础上,分别对现行的一些实验方法进行了论述,并且对其优缺点进行了比较。通过实例,论述了再制造技术的相关研究方法以及在高强钢应力腐蚀开裂防范、维修中的应用。

等离子喷涂沉积过程与残余应力分析

介绍了等离子喷涂的沉积过程。由于基体与涂层的热膨胀系数的不匹配 ,在它们共同冷却的过程中 ,产生了不同的热变形。采用有限元瞬态热分析方法对等离子喷涂过程的温度场进行了分析。在此基础上 ,进一步计算了常用的Al2 O3涂层与 16Mn基体组成的喷涂系统的残余应力分布 。

环缝错边容器的有限元分析与容限探讨

采用有限元方法对 1台封头与筒体具有较大错边量的容器进行了应力分析 ,得到了错边区域的应力分布状况 ,并对其进行应力强度评定。结果表明 ,该容器错边部位的应力是满足应力分析准则的。通过对存在不同错边量的容器进行应力分析 ,探讨了容器的错边容限 。

再制造——现代工业可持续发展的支持技术

通过对包括“再设计”思想再制造的特征叙述,着重探讨了再制造与工厂延寿、环境保护、现代工业的可持续发展等方面的关系。在此基础上,针对当前我国再制造工程中的研究现状,对一些存在的问题提出了可行的解决办法。

再制造技术与化工设备的延寿

通过对再制造技术的基本论述 ,列举了其在化工设备失效维修中的应用。并着重对化工设备中经常出现的失效形式 ,讨论了相关的“再制造”修复方案。体现了再制造技术 。

再制造系统中的计算机支持技术

论述计算机支持技术在再制造产品形成中的应用 ,其中包括面向产品服役环境与可拆卸、可再制造的工程设计技术 ,涂层结合强度、失效机理、优化设计方面有限单元法计算技术 ,容器整体热处理过程的计算机模拟技术等。

导卫板失效分析及表面喷涂层的耐磨性能

对受高温磨损破坏的导卫板进行了失效分析,认为导卫板主要受到了疲劳磨损和磨料磨损。为提高导卫板的耐磨性,采用氧-乙炔火焰喷涂的方法在其磨损表面喷熔钴基WC涂层。实际应用表明,该喷熔层具有良好的耐磨效果,显著提高了导卫板的高温耐磨性。

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳性能

对国产GH4169镍基高温合金进行了总应变控制的高温低周疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了断口形貌。结果表明:试验合金具有较好的高温低周疲劳性能,与进口Inconel 718镍基合金的相近,但在较低的总应变范围下比Inconel 718合金的疲劳寿命要低;该合金在不同总应变范围下都表现出明显的循环软化行为;合金试样的疲劳断口呈多裂纹源性,疲劳源数量随总应变范围的降低和疲劳寿命的延长而减少;疲劳裂纹都萌生于表面,穿晶扩展到一定径向深度时,会出现沿晶扩展特征。

LPG球罐应力腐蚀分析

应力腐蚀开裂已为大家所熟悉,但液化石油气(LPG)球罐的应力腐蚀开裂问题的研究较少。简述了LPG球罐在湿H2S环境下的腐蚀开裂及危害性,并就广大范围内球罐内出现裂纹的特征和失效原因进行了分析总结;同时,对国内外研究者对湿H2S环境下的腐蚀研究进行了概述。最后总结了几个与LPG球罐腐蚀有关的亟需解决的问题,并确立了今后的研究方向。