考虑蠕变三阶段的哈氏合金X蠕变-疲劳裂纹扩展模拟

结合应变硬化定律和连续损伤力学,提出了一种考虑蠕变3阶段的本构模型,对650℃下的哈氏合金X的CT试样进行了裂纹扩展有限元模拟分析.对比分析了不同蠕变阶段对纯蠕变裂纹扩展的影响,使用考虑蠕变3个阶段的本构模型进行了蠕变-疲劳裂纹扩展模拟,讨论了载荷幅值、载荷比和保载时间对裂纹扩展速率的影响,并分析了每种载荷条件对裂纹扩展期间损伤积累的贡献.结果表明:纯蠕变裂纹扩展模拟结果中,考虑所有蠕变阶段的本构模型计算结果与实验结果一致性最高.载荷从5 kN增加到7 kN,考虑蠕变第Ⅰ、Ⅱ阶段的裂纹扩展速率平均预测差异由0.57增至0.61,考虑蠕变第Ⅱ阶段和考虑蠕变第Ⅱ、Ⅲ阶段分别由0.67减至0.64、由0.16减至0.07.蠕变-疲劳裂纹扩展模拟结果显示,随着载荷幅值从5 kN增大至7 kN,载荷比从0.01增至0.50,裂纹扩展速率前者增大、后者减小,da/dt-C t,avg曲线斜率基本不变,同时蠕变损伤占比增大,疲劳和交互损伤占比减小,各加载情况结果的蠕变损伤均占主导,其次为交互损伤,疲劳损伤占比最小.随保载时间从1 s增加到1800 s,循环相关的裂纹扩展速率增大,时间相关的扩展速率减小,da/dt-C t,avg曲线斜率增大,蠕变损伤增大,疲劳损伤减小,交互损伤先增后减,保载时间为10 s时各损伤占比近似相等,保载时间为1 s时疲劳损伤为83%,保载时间为600 s时蠕变损伤为96%.

热处理对哈氏合金X焊接接头组织与性能的影响

本实验研究不同热处理工艺对哈氏合金X焊接接头组织和力学性能的影响,分析焊后热处理对哈氏合金X焊接接头性能的影响规律。结果表明:焊缝中心区域组织主要以等轴晶为主,熔合区以枝晶为主。经1050℃热处理的焊缝未析出二次相,经1100℃处理的焊缝在晶界处与晶粒内析出大量二次相,经1150℃处理的焊缝析出物发生重溶。经1150℃热处理工艺后接头抗拉强度最高达773.49 MPa;经1100℃处理的焊接接头断裂形式为沿晶脆性断裂,其他焊缝接头的断裂形式为韧性断裂。

哈氏合金X表面改性后的微观结构及腐蚀性能研究

为提高航空发动机燃烧室内壁材料哈氏合金X(Hastelloy X)的腐蚀性能,利用强流脉冲电子束(high current pulsed electron beam,HCPEB)对哈氏合金X进行不同轰击次数的表面改性处理,研究改性前后试样的微观结构和电化学腐蚀性能变化规律。结果表明,HCPEB轰击使合金表面发生熔化,易熔相喷发形成熔坑形貌;随着轰击次数增加,表面熔坑数量减少,尺寸变大,金属表面呈现波浪形褶皱形貌。轰击后试样表面形成厚约1~3μm的重熔层,在其下方形成厚度为3~40μm不等的热影响区,随着轰击次数的增大,重熔层以及热影响区的范围增加,表面晶粒尺寸先变小后增大。HCPEB轰击还可在表层诱发塑性变形,出现滑移带等变形结构;电化学实验结果表明,HCPEB轰击提高了试样在模拟海水和酸性溶液中的耐腐蚀性能,其中低次轰击(1、5次)相比高次轰击(10、20次)后的样品腐蚀性能更好。这是由于HCPEB引起的重熔使表面组织分布均匀化,电化学特性相对一致,同时晶粒细化促进了表面致密连续的钝化膜的形成,对基体保护作用增强。HCPEB会引起金属表面结构变化,使哈氏合金X的腐蚀性能提升,低次轰击后(1、5次)的样品抗腐蚀性能最佳。