陶春虎 失效分析专家

作为中国航空丁业集团公司材料力学性能表征与失效分析技术的首席技术专家，您认为在损伤评价与性能表征方面，一些先进手段，如模拟仿真技术发挥了什么样的作用？我们应如何做好损伤及性能表征的模拟仿真？

断口反推疲劳应力的新进展

回顾了利用临界裂纹长度ac 和瞬断区面积A确定疲劳应力的应用及问题 ,介绍了利用疲劳间距反推疲劳应力的基本原理、方法及其工程应用。结果表明 ,利用疲劳条带宽度反推疲劳应力的误差可控制在 15%以下。

舰载机的腐蚀失效及其预防

介绍了舰载机点蚀、丝状腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和氢脆5种常见的腐蚀失效模式及其形成机理、失效现象与特征、影响因素等,列举了与设计、制造工艺、材料等因素相关的导致飞机构件腐蚀失效的典型案例,并根据案例的失效原因提出舰载机腐蚀失效的预防与改进措施,以及在设计、制造工艺和选材方面的一些建议。结果表明,飞机的腐蚀控制是一项系统工程,设计中需要充分考虑对导致腐蚀的因素进行有效控制,并注意细节防腐设计;飞机构件在进行合理的防腐设计的同时,材料的工艺状态和材料的选择与环境之间,及材料与工艺之间,应在防腐方面有科学严谨的匹配。

定向凝固和单晶高温合金的再结晶

本文系统分析了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、危害以及影响再结晶的主要因素,阐述了再结晶的物理本质。再结晶行为受合金元素、变形程度、热处理温度及时间、变形速率、变形工艺等的影响。再结晶的物理本质是由铸态γ′相溶解控制的高能态畸变组织向低能态无畸变组织转变的过程。镍基定向凝固高温合金再结晶开始温度在1050℃左右,钴基定向凝固高温合金在1100℃左右。定向凝固和单晶高温合金的动态再结晶行为主要与高温氧污染和自由表面有关。再结晶对高温持久、疲劳性能影响较大,含再结晶层的断口源区表现为沿晶断裂。目前定向凝固构件上的再结晶检测普遍采用金相方法。

起动机动力涡轮叶片断裂故障研究与改进

系统归纳了动力涡轮叶片断裂故障的基本特征 ,分析了叶片断裂的根本原因在于叶片的一阶弯曲共振。在弯曲共振无法避免的情况下 ,从提高动力涡轮叶片的疲劳抗力入手 ,采用细晶 +方向性凝固 +热等静压的复合成型工艺 。

失效分析发展问题的思考(创刊词)

物质世界是一个无限复杂、相互关联和相互依赖的统一整体。无限复杂的世界总是可以被人们认识的，然而在一定的历史条件下，物质世界总存在着暂时不被人们认识的东西。根据人们对事物系统内部结构可否认识的不同程度，现代控制论将其分为黑色系统、灰色系统和白色系统。

并行工程在失效分析中应用的可行性及实施要素分析

根据现代失效分析所具有的整体性、综合性、客观性、时效性、社会性和法律性的基本特点，分析了在失效分析中应用“并行工程”的可行性及其实施要素，并探讨了其具体的实施方法，为达到失效分析结论“定位准确，机理清楚，模拟再现，举一反三”提供了新型的思维模式与分析方法。

Mg-Zn-Zr-RE系镁合金中的稀土相分析

用光学显微镜、电子探针、X射线衍射及电手显微分析等手段研究了Mg Zn Zr RE合金铸态及挤压态的稀土相。在铸态组织中,稀土及锌均富集于晶界,形成三元金属间化合物Mg_3RE_2Zn_3(W)相及Mg_3REZn_6(Z)相,在0.8Y和0.79RE合金中以Z相为主,而在2.56RE合金中W相多于z相;挤压型材中均存在W和Z相。铸态合金经350℃保温并挤压后,合金发生如下相变:Mg+Mg_3REZn_6(Z)→MgZn+Mg_3RE_2Zn_3(W)实验测定了Z相为六方结构,其a=0.640～0.642nm,C=1.029～1.031nm。

机械失效分析发展的战略思考

失效分析在本世纪得到了迅猛发展 ,推动和促进了断裂力学相关学科的建立 ;金属材料断口学得到了充分的发展和完善 ,促进了机械产品失效的分析诊断和产品内在本质的改善 ;痕迹分析技术得以广泛应用 ;失效预测预防的理论、技术和方法也取得了一些进展。 2 1世纪机械失效分析领域面临着的首要问题是机械失效学科的建立和完善 ;引起国际学术界高度重视的另一问题是固体材料环境损伤的演化诱致突变及其预测 ,由于构件的损伤乃至失效通常是远离平衡条件下的非线性演化过程 ,其分析与预防涉及到宏、微观及细观的各个层次 ,包含着对演化诱致突变、样本个性行为以及跨层次敏感性的研究。失效分析得以发展的一些具体方面还包括新材料断口特征及其规律性的研究、构件的安全可靠性评估技术、失效分析中的定量分析技术。

航空发动机材料和工艺的安全性评估

新材料、新工艺对燃气涡轮机的竞争力起着关键性的作用,提高先进航空发动机的推重比,70%以上的贡献来自材料及其相关的制备技术。本文提出了航空发动机材料和工艺安全评估的内涵、思路和方法,分析了航空发动机材料和工艺安全评估近期应重点研究的主要内容,包括:新材料在工程应用条件下的损伤机理,各向异性材料及其涂层的损伤本构关系,关键材料及构件的原始质量评估以及转子叶片的表面完整性研究与评估。

采用XD工艺合成TiAl合金及TiC／TiAl复合材料的研究

研究了用ＸＤ（热爆）工艺合成ＴｉＡｌ合金及ＴｉＣ／ＴｉＡｌ复合材料，井探讨了其合成反应机制。结果表明，可在Ａｌ的熔点附近用ＸＤ工艺制备ＴｉＡｌ合金及其ＴｉＣ颗粒增强的ＴｉＣ／ＴｉＡｌ复合材料，Ｔｉ－Ａｌ粉末间的放热反应促进了ＴｉＣ的合成。ＴｉＡｌ合金由ＴｉＡｌ＋Ｔｉ３Ａｌ相组成，而ＴｉＣ／ＴｉＡｌ复合材料由ＴｉＣ＋ＴｉＡｌ＋Ｔｉ３Ａｌ相组成。

TiAl及TiC/TiAl合金的XD合成研究

本文研究了用XD工艺合成TiAl合金及TiC/TiAl复合材料。研究结果表明,可在Al的熔点附近用XD工艺制备TiAl合金及其TiC颗粒增强复合材料。TiAl合金由TiAl+Ti_3Al相组成,而TiC/TiAl复合材料由TiC+TiAl+Ti_3Al相组成。

失效分析中的证据和逻辑推理

证据在失效分析中的作用与其在法院断案中的作用类同,但无论法院断案还是失效分析,通过查证获得的判断事物本来面目的事实或材料等直接证据往往不全或很难获得,这就需要对获得的间接证据采用类比推理、归纳推理、演绎推理等逻辑性推理方式,判断事物的本来面目。本文介绍了直接证据、间接证据的类别及其在失效分析逻辑推理中的作用,间接证据必须查证属实且必须与案件存在客观关系,同时间接证据必须和案件形成一个完整的证明体系,即相互之间必须构成一个锁链,不应相互矛盾,且得出的推论具有惟一性。

均匀化处理对Mg-Zn-Zr-RE合金挤压棒材显微组织和拉伸性能的影响

研究了Mg-Zn-Zr-RE合金挤压棒材的显微组织及拉伸性能。结果表明,挤压前未经均匀化处理的棒材的拉伸强度最高,而经380℃或400℃/18h均匀化处理后强度下降。均匀化处理时稀土化合物Mg3REZn_6(Z相)和Mg_3RE_2Zn_3(W相)大部分发生转变,形成MgZn相及二元Mg_(41)RE_5稀土相;同时,长时间均匀化处理使得合金的主要强化相MgZn(β相)明显长大,促使动态再结晶发生,从而使拉伸性能降低。

XD工艺──金属基复合材料制备新技术

论述了制备颗粒增强金属（或金属间化合物）基复合材料的新工艺──ＸＤ合成，并分析了该工艺的未来发展前景。

高压二级及低压－级涡轮叶片断裂分析

对涡轮叶片的断裂原因进行了分析。高压二级涡轮叶片裂纹为一弯共振所致；而低压一级涡轮叶片裂纹属高周振动疲劳，裂纹形核较早，但扩展较慢，其折断是在已存在裂纹的情况下，由高压二级涡轮的断片撞击所致。

压气机盘片燕尾形连接破坏模式及其特征的研究

分析了非均匀接触下燕尾形榫头连接的应力状态 ,并借助于模拟试验 ,提出了非均匀接触导致疲劳破坏的基本痕迹特征。失效源位于叶片叶根截面中间段 ,裂纹朝叶片最大弯曲应力方向扩展 ,失效盘片接触处存在局部接触痕迹 ,接触区附近区域存在有微动损伤迹象。榫槽凸缘危险截面可能易于出现低周疲劳断裂。为避免非均匀接触导致的疲劳破坏 ,盘片燕尾形连接的实际接触面积 S应大于 Pb/( 2σ0 .2 sin α2 )。

氮离子注入对Fe－17．5Cr－13．5Ni－2．5Mo合金疲劳及腐蚀疲劳行为的影响

Ｆｅ－１７．５Ｃｒ－１３．５Ｎｉ－２．５Ｍｏ合金表面注入Ｎ离子后，其自由腐蚀电位Ｅ０、孔蚀再钝化电位Ｅｐ及孔蚀电位Ｅｒ均大大提高。在大应变量下，疲劳寿命下降；在小应变量下，疲劳性能改善。在电位Ｅ０下，其腐蚀疲劳寿命较离子注入前有所降低。在外加电位比Ｅ０低１００ｍＶ时，其疲劳寿命较离子注入前提高。表面离子注入层的存在提高了材料的循环应力。

316L不锈钢表面氮离子注入后的疲劳及腐蚀疲劳行为

３１６Ｌ（Ｆｅ－１７．５Ｃｒ１３．５Ｎｉ－２．５Ｍｏ）不锈钢注入Ｎ离子后，其自由腐蚀电位Ｅ＿０、孔蚀再钝化电位Ｅ＿ｐ及孔蚀电位Ｅ＿ｒ均大大提高。在大应变量下，疲劳寿命下降；在小应变量下，疲劳性能改善。在电位Ｅ＿０作用下，其腐蚀疲劳寿命较高子注入前有所降低。在施加电位Ｅ＿０－１００ｍＶ时，其疲劳寿命较离子注入前提高。表面离子注入层的存在提高材料的循环应力。

NiAl合金的热爆合成及其反应机制

本文研究了NiAl合金的热爆合成,其反应过程为液相控制,产物为β-NiAl,密度较高。本文给出了不同条件下合成的起爆时间及主要影响因素。