喷丸强化对FGH96粉末高温合金疲劳性能应力集中敏感性的影响

为研究喷丸强化对FGH96粉末高温合金疲劳性能应力集中敏感性的影响,采用不同强度陶瓷丸喷丸强化对合金磨削表面进行了表面处理,并研究了疲劳性能和表面完整性状态。研究结果表明:在650℃下,当应力集中系数由Kt=1提高到Kt=1.7时,FGH96合金磨削状态疲劳极限由583MPa下降到465MPa;经过大强度喷丸强化后,Kt=1.7疲劳极限回复到530MPa;小强度喷丸强化对Kt=1.7疲劳极限无增益作用。大强度喷丸强化消除了加工刀痕,表面粗糙度略有增大,引入了深度达到100μm的残余应力场,在600MPa下疲劳源萌生于次表层,呈单源疲劳模式;小强度喷丸强化无法消除加工刀痕,在600MPa下疲劳源萌生于表层,呈多源疲劳模式。结果证明适宜的喷丸强化工艺可以缓解结构应力集中对粉末合金疲劳性能的削弱。

3D打印氧化硅基陶瓷型芯的各向异性研究

陶瓷型芯作为航空发动机叶片精密铸造的必需转接件,传统制造工艺越来越难以满足其对性能的要求。目前,3D打印技术因其具有成型零件精度高、生产成本低、综合性能良好等优势,能够在一定程度上解决传统制造工艺面临的问题,尤其是在陶瓷型芯的制造中具有很大的潜力。通过使用DLP光固化3D打印技术以及高温烧结制备了陶瓷芯型试样,研究了不同打印方向对氧化硅基陶瓷型芯试样的微观组织与性能的影响。结果表明:横向与竖向打印的陶瓷型芯经烧结后,打印方向对陶瓷型芯的气孔率没有明显的影响;铺料层所在平面组织均匀,铺料层之间具有明显的结合缝隙;在垂直于铺料层的方向上线收缩最为明显,最大线收缩为2.21%;横向打印的陶瓷型芯的抗弯强度是竖向打印的2倍;当温度由室温升至203℃阶段时,陶瓷型芯试样发生急剧膨胀,且竖向打印试样热膨胀系数明显大于横向的;当温度超过203℃,两种打印方向的陶瓷芯型的热膨胀系数相差较小。

基于振动台的TA11钛合金超高频疲劳实验和验证

提出一种利用电动振动台开展材料超高频疲劳实验的方法。采用TA11钛合金板材,在有限元计算的基础上设计出超高频疲劳试样,测试过程中的实际加载频率达到1756 Hz,同时在相同的应力水平下对该超高频试样和标准试样开展振动疲劳测试,对测试结果数据的一致性进行统计检验。结果表明:在相同应力条件下,本研究提出的超高频疲劳试样和标准振动疲劳的实验结果吻合较好。将本研究结果与同种材料的轴向高周疲劳和旋弯疲劳测试结果进行对比,一致性同样良好。

喷丸对单晶合金中温疲劳性能的强化机制

为研究喷丸对单晶合金中温疲劳性能的强化机制,采用陶瓷弹丸对单晶合金进行喷丸强化,研究了喷丸单晶合金表面形貌、截面微观组织、铸造微孔和650℃旋转弯曲疲劳性能,并观察了疲劳断口。结果表明:喷丸强化后650℃/Kt=1.7和650℃/Kt=3旋转弯曲疲劳极限分别提高21.3%和12.7%。首先,喷丸强化消除了表面尖锐的加工痕迹,形成了圆滑弹坑,将表面应力集中系数由1.44降低到1.38,这是表面形貌优化机制。其次,喷丸单晶合金表面形成最表面的严重塑性形变层–次表面的线型形变层–里层的小塑性形变层–基体梯度塑性形变层。形变层最表面硬度较基体提高42%,是形变强化机制。此外,在交变载荷下,2~10μm的铸造微孔成为疲劳裂纹源;喷丸强化后铸造孔洞闭合或椭圆化,减小了孔洞位置的应力集中,喷丸对铸造孔洞的形变作用是第3个疲劳强化机制。

粉末合金FGH95喷丸强化对高温缺口疲劳性能的影响

为提高粉末合金材料轮盘应力集中结构的缺口疲劳性能,采用铸钢弹丸、陶瓷弹丸和复合喷丸的方法对粉末合金缺口旋转弯曲疲劳试样进行喷丸强化,通过白光干涉表面形貌分析、配合电化学腐蚀的X射线衍射残余应力场分析、显微硬度梯度研究评价喷丸强化层状态;采用高温旋转弯曲缺口(结构应力集中系数Kt=1.7)疲劳寿命进行对比分析。结果表明,喷丸强化在FGH95合金表面形成强化层:表面粗糙度Ra=0.9～1.5μm,Kurtosis值R_(ku)接近3的表面轮廓;表面压应力在–800～–1150MPa,压应力场深度达到120～250μm;相比于基体硬度的480～510HV_(0.2),喷丸后表面硬度上升到575～625HV_(0.2),硬化层深度达到175～250μm。采用首次喷铸钢丸大强度、第二次喷陶瓷丸小强度的二次喷丸工艺方法时,表层残余压应力场数值大,表面硬化程度高且硬化层深度大,表面粗糙度较小且弹坑底部圆滑,疲劳强化效果最佳,550MPa/650℃中值疲劳寿命估计量较原始提高20倍以上。

铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的热机械疲劳行为

采用应变控制的方法,研究了铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金400℃~800℃循环温度下的同相位热机械疲劳行为,并与400℃和800℃恒温低周疲劳结果进行了对比分析。结果表明,该合金的400℃~800℃同相位热机械疲劳性能在大应变短寿命区优于400℃和800℃恒温低周疲劳;在小应变长寿命区略低于400℃低周疲劳,介于800℃低周疲劳数据分散带内;在热机械疲劳试验条件下,合金不表现明显循环硬化或软化现象,疲劳试样断口可观察到层片间、层片内断裂和穿层片撕裂3种开裂方式。

金属Al粉对氧化硅基陶瓷型芯的性能及组织的影响

本工作以石英玻璃粉作为基体材料,白刚玉粉作为矿化剂,金属Al粉作为添加剂,制备了氧化硅基陶瓷型芯。研究了不同含量金属Al粉对氧化硅基陶瓷型芯收缩率、物理性能、显微组织和相组成的影响。研究结果表明,在型芯烧结过程中,金属Al粉受热氧化形成Al_2O_3,伴随着体积膨胀和重量增加,可以抑制陶瓷型芯的烧结收缩和铸造收缩。Al粉对烧结过程中的方石英析晶无明显抑制作用,铸造过程中由于型芯骨架结构的松散程度增加,型芯的高温抗变形能力降低。当铝粉含量为1wt%时,陶瓷型芯综合性能良好,三维方向的烧结收缩率分别为0.01%、0.03%、0.03%,气孔率为28.58%,挠度为0.57 mm,抗弯强度为12.1 MPa。制备的陶瓷型芯能够满足高温合金定向凝固需求,并有望能提高空心涡轮叶片的内腔尺寸精度。

喷丸强度对TC17及GH4169合金表面完整性和高温疲劳性能的影响

对钛合金TC17以及镍基高温合金GH4169光滑旋转弯曲疲劳试样进行喷丸强化,研究了不同喷丸强度下合金的表面粗糙度、表面残余应力和高温疲劳寿命。结果表明,喷丸后两种合金的表面粗糙度随着喷丸强度的增大而上升,当喷丸强度达到0.15 mm A以上时,表面粗糙度显著变大。喷丸后表面残余应力均为压应力,TC17合金的残余压应力的数值随着喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,而GH4169合金表面残余压应力数值随喷丸强度的增大而减小。在疲劳性能方面,TC17合金喷丸后的疲劳寿命随喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,特别是在高强度条件（大于0.10 mm A）下,喷丸反而降低了疲劳寿命,而GH4169合金的疲劳寿命随喷丸强度的增大而增大,说明不同合金对喷丸强度的优化工艺范围具有差别,钛合金对喷丸强度变化敏感性强。