基于小裂纹理论的GH4169高温合金的疲劳全寿命预测

将基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法应用于恒幅载荷作用下的高温合金GH4169材料的全寿命预测。采用单边缺口试样研究了该合金在室温下应力比为0.1和0.5的自然萌生的小裂纹的起始和扩展行为,结果表明疲劳小裂纹均起始于试样表面夹杂,并且小裂纹扩展寿命占疲劳全寿命的大部分比例。在裂纹扩展速率da/d N低于10-5mm/cycle的区域,表现出明显的小裂纹效应。基于小裂纹和长裂纹的扩展数据,利用Newman裂纹闭合模型,获得了裂纹扩展的da/d N-ΔKeff基线数据。对高周疲劳试样的断口形貌进行观察,得到以材料夹杂尺寸作为初始裂纹尺寸的值ai。根据初始裂纹尺寸和裂纹扩展的基线数据,利用FASTRAN软件,对GH4169合金的疲劳全寿命进行预测,并用高周疲劳试验S-N数据对预测结果进行评价,预测与试验结果能够很好地吻合。

锻造高铌TiAl合金高温蠕变与损伤行为

通过组织形貌观察和蠕变性能测定,研究了锻造态高铌TiAl合金的蠕变与损伤行为。结果表明:铸态高铌TiAl合金经等温锻造,层片晶团的平均尺寸由507μm减小到56.7μm。锻造态高铌TiAl合金在蠕变期间的变形主要发生在γ片层和等轴γ晶中,位错运动至相界/晶界受阻并堆积,可形成位错缠结或位错列,提高位错运动的阻力;其中,等轴γ晶粒中的位错缠结可发生束集促进动态再结晶,形成细小亚晶结构。柏氏矢量为[101]和[011]的位错分别在不同{111}面滑移形成位错网,γ相中的蠕变位错运动至位错网,与其相互作用,可改变原来的运动方向,促进其攀移。蠕变后期,孔洞首先在等轴γ晶区域产生,并在该区域聚集、长大和扩展,直至发生合金的蠕变断裂。这是高温蠕变期间的损伤与断裂机制。

一种TiAl合金的高温蠕变和疲劳行为及其寿命预测方法

针对双态(duplex,DP)和全片层(fuIly lamellar,FL)不同组织形态的Ti-43Al一9V-Y金属间化合物合金,开展了高温蠕变(700℃)和高温低周疲劳(700和750℃)实验,研究其高温蠕变、疲劳变形行为和寿命预测方法.首先采用Omega法对2种组织形态TiAl合金的蠕变变形行为进行了数值模拟,并对其持久寿命进行了预测,然后在Walker应变的基础上提出了新的寿命模型,对2种组织形态TiAl合金的疲劳寿命进行了预测.研究结果表明:(1)2种组织形态TiAl合金的高温蠕变实验曲线仅包含稳态和加速蠕变阶段,而不包含初始蠕变阶段,且Omega法能够对2种组织形态TiAl合金的高温蠕变变形行为进行准确地表征;(2)相同温度和应力水平下,FL组织形态TiAl合金的持久寿命比DP组织形态TiAl合金的长,且Omega法预测的持久寿命与相应的实验寿命吻合得很好;(3)在相同温度和载荷条件下,DP组织形态TiAl合金的疲劳寿命比FL组织形态TiAl台金的长,且采用新提出的寿命模型能够对2种不同组织形态TiAl合金的疲劳寿命进行预测,预测的寿命全部位于实验寿命的士3倍分散带以内.

镍基单晶高温合金中温稳态蠕变期间的变形机制

通过蠕变性能测试、组织形貌观察及位错组态的衍射衬度分析,研究了镍基单晶高温合金在中温/高应力稳态蠕变期间的变形机制.结果表明,在760℃,760 MPa和800℃,650 MPa蠕变期间,剪切g′相的位错可发生分解,分解后领先的a/3<112>超点阵Shockley不全位错切入g′相,拖曳的a/6<112>Shockley不全位错滞留在g′/g相界面,2个不全位错之间形成超点阵内禀堆垛层错(SISF);此外,剪切进入g′相的超点阵位错可由{111}面交滑移至{100}面,形成具有非平面位错芯结构的K-W锁,可抑制位错的滑移和交滑移,提高合金的蠕变抗力.在850℃,500 MPa蠕变期间,合金中的层错消失,部分剪切进入筏状g′相的a<110>超点阵位错可分解形成"2个a/2<110>不全位错加反相畴界(APB)"的组态,而合金中K-W锁的消失是由高温热激活致使立方体滑移的位错重新交滑移至八面体所致.

横向预压缩对[011]取向镍基单晶高温合金蠕变行为的影响

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了横向预压缩对[011]取向镍基单晶高温合金在1040℃,137 MPa条件下拉伸蠕变行为的影响.结果表明,[011]取向镍基单晶高温合金在1040℃,180 MPa条件下沿[100]方向预压缩38 h后形成了总体上平行于压应力轴方向的P型g'筏状组织.预压缩期间不同晶面不同的应变能密度分布及晶格应变是g'相筏形化的主要原因.位错在基体通道中的滑移是有/无预压缩[011]取向合金在稳态蠕变阶段主要的变形机制,其中在预压缩合金内存在较多的位错攀移运动.横向预压缩显著提高了[011]取向合金在1040℃,137 MPa条件下的蠕变抗力.合金内的"山墙型"基体通道的消除、稳态蠕变阶段较小的g基体宽度、筏状组织横向连接形成的微观瓶颈状g基体通道和"迷宫式"的组织以及较多数量滑移系的开动,均有助于通过限制位错的运动,提高预压缩合金的蠕变抗力.