晶体取向对镍基单晶DD6合金蠕变性能的影响

针对航空发动机镍基单晶涡轮叶片高温服役下蠕变寿命的取向敏感性难题，开展了DD6单晶合金［001］、［011］与［111］3种典型取向在980^oC下的蠕变试验，获得了服役温度下单晶合金的蠕变寿命、伸长率，均为［111］取向>［001］取向>［011］取向；通过对蠕变过程中微观组织演化以及蠕变断裂后断口形貌进行分析，揭示了不同取向下单晶合金的蠕变失效机理；基于晶体塑性理论，建立了DD6单晶考虑取向敏感性的粘塑性本构及损伤方程，能够较好地拟合不同晶体取向单晶的蠕变过程，为单晶叶片的强度分析与寿命预测提供参考。     

DD3单晶高温合金疲劳－蠕变复合作用下的形变特点

研究了ＤＤ３单晶高温合晶在疲劳－蠕变复合作用下的材料形变特点，分析了ＤＤ３单晶在不同的交变应力和平均应力的组合下材料的动态变形曲线特点，建立了在９３０℃此单晶的疲劳－蠕变交互作用变形类的断裂特征图。研究发现ＤＤ３单晶合金断裂特征图Ｆ区具有较宽的应力范围，而Ｃ区则具有相对较窄的应力范围。这表明ＤＤ３单晶合金具有相对较强的抗蠕变能力和相对较弱的抗疲劳能力。     

CMSX－3镍基单晶高温合金的蠕变－疲劳行为

对镍基单晶高温合金ＣＭＳＸ－３在９００℃、较高应力幅下进行蠕变－疲劳交互作用试验。结果表明，循环蠕变的保持时间显著地影响材料的断裂寿命和断裂应变；应变量与总保持时间有对应关系。可用γ强化的单晶高温合金蠕变－疲劳交互作用机制对此作出解释。     

CMSX—3镍基单晶高温合金的蠕变—疲劳行为

对镍基单晶高温合金ＣＭＳＸ－３在９００℃、较高应力幅下进行蠕变－疲劳交互作用试验。结果表明，循环蠕变的保持时间显著地影响材料的断裂寿命和断裂应变；应变量与总保持时间有对应关系。可用γ＾１强化的单晶高温合金蠕变－疲劳交互作用机制对此作出解释。     

一种[001]取向镍基单晶高温合金蠕变特征

研究了一种[001]取向镍基单晶合金的蠕变特征和变形期间的微观组织结构.结果表明:在低温高应力和高温低应力条件下,合金具有较长的蠕变寿命和较低的稳态蠕变速率;在700℃,720MPa条件下,透射电镜(TEM)观察显示蠕变期间的变形特征是12<110>位错在基体中运动,发生反应形成13<112>超肖克利(Shockley)不全位错,切入γ′相后产生层错.在900℃,450MPa条件下,没有出现蠕变初始阶段,γ′相从立方体形态演化成筏形;在加速蠕变阶段,多系滑移开动,大量位错剪切γ′相是变形的主要机制.在1070℃,150MPa条件下,γ′相逐渐转变成筏形组织,并在γ/γ′界面处形成致密的六边形位错网,位错网可以阻止位错切入γ′相,提高蠕变抗力;在蠕变后期,位错以位错对形式切入γ′相,是合金变形的主要方式.     

一种[011]取向镍基单晶合金的蠕变断裂

研究了[011]取向的镍基单晶高温合金在750~980℃温度范围和200~680 MPa应力下的蠕变断裂特征。在扫描电镜上对各种实验状态下的蠕变断口和纵向剖面进行了详细观察。研究发现：在低温750℃和中温870℃不同初始蠕变应力条件下,枝晶间区亚晶界处不规则γ＇/γ界面是裂纹主要萌生场所,这些已萌生的裂纹在与外加应力轴垂直的(011)面上沿＜110＞和＜100＞两个方向扩展;980℃不同初始应力条件下,裂纹主要在合金中显微疏松孔洞处萌生,沿与外应力轴垂直的方向扩展。观察750℃和870℃不同应力状态蠕变试样的纵向剖面,对亚晶界区不规则γ＇相面积分数的测量和计算表明,用面积分数表征该合金[011]取向在中低温状态下的蠕变损伤程度是可行的。     

一种镍基单晶高温合金的反相热机械疲劳行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在600~900℃的反相位热机械疲劳行为,旨在探讨单晶合金的热疲劳变形及断裂机制,丰富单晶合金热机械疲劳理论。试验结果表明：当应变幅由0.6%增大至0.9%时,热机械疲劳寿命下降,塑性应变量和应力范围增大。合金的循环应力响应曲线在低温半周表现为循环硬化行为,而在高温半周则表现为循环软化行为。合金主要的变形特征是局部区域滑移带的运动。热机械疲劳裂纹起始于试样表面应力集中处,并沿着滑移带在{111}面向合金内部扩展,拉应力对合金的断裂起到了主导作用。     

DD3单晶高温合金疲劳—蠕变复合作用下的形变特点

研究了ＤＤ３单昌高温合日在疲劳－蠕变复合作用下的材料形变特点，分析了ＤＤ３单晶在不同的交变应力和平均应力的组合下材料的动态形曲线特点，建立了在９３０℃此单晶的疲劳－蠕变交互作用变形类的断裂特征图。     

Ti-55511合金高温蠕变行为TEM分析

文章结合Ti-55511钛合金的高温工作环境进行了4组蠕变实验：400℃200MPa、400℃300MPa、500℃200MPa以及500℃300MPa。蠕变后,使用透射电镜实验观察了蠕变后样品的微观组织。结果表明：高温高应力状态下,位错攀移在蠕变过程中占主导地位;在高温低应力或低温高应力状态下,合金蠕变过程主导机制为位错滑移;当温度较低,应力相对较低时,合金蠕变过程中主导机制为晶界扩散机制。     

考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命快速预估方法

对于航空发动机涡轮盘来说,主要存在蠕变失效和疲劳失效这两种失效模式;在循环工作条件下,蠕变损伤和疲劳损伤不断累积,且蠕变损伤和疲劳损伤存在交互作用.此外,由于金属材料在高温和高应力下存在明显的蠕变变形,从而造成涡轮盘存在应力松弛现象.因此,蠕变-疲劳损伤分析就成为涡轮盘寿命预测的重要组成部分.基于线性损伤累积理论,提出了在典型梯形循环转速谱作用下考虑应力松弛的涡轮盘蠕变-疲劳寿命的工程化快速算法.并利用算例验证了该方法的有效性.     

Deformation and damage features of a Re/Ru-containing single crystal nickel base superalloy during creep at elevated temperature

The deformation and damage features of a 4.5%Re/3.0%Ru-containing single crystal nickel-based superalloy during the creep in the temperature range of 1040–1070 °C and stress range of 137–180 MPa was investigated by means of creep properties measurement and contrast analysis of dislocation configuration. The results showed that the alloy exhibited a better creep resistance in the range of the testing temperatures and stresses, the deformation mechanism of the alloy during steady state creep was dislocations climbing over the rafted γ′ phase.In the latter period of creep, the deformation mechanism of the alloy was dislocations shearing into the rafted γ′phase. It is believed that the dislocations shearing into γ′ phase may cross-slip from {111} to {100} planes for forming the K-W locks to restrain the slipping and cross-slipping of dislocations on {111} plane. As the creep goes on, the alternate slipping of dislocations results in the twisted of the rafted γ′ phase to promote the initiation and propagation of cracks along the γ/γ′ interfaces up to creep fracture, which is considered to be the damage and fracture feature of alloy during creep at high temperature.     

基于晶体取向的镍基单晶叶片可靠性研究

研究了晶体取向的概率描述模型,收集叶片晶体取向随机数据,分析并给出其分布函数。通过晶体塑性理论对冷却叶片进行有限元强度分析,确定危险区域。在确定性蠕变寿命分析计算的基础上,进一步对单晶叶片蠕变寿命进行可靠性研究。利用Monte Carlo法计算冷却叶片蠕变寿命的随机响应,研究了在晶体取向随机因素影响下叶片蠕变寿命的分布。     

大理岩结构面非线性蠕变损伤本构模型研究

针对锦屏二级水电站地下洞室群围岩富含节理的情况,对主要围岩大理岩进行含软弱夹层的剪切蠕变试验,结果表明在应力水平较低时,蠕变变形主要有瞬时弹性变形和黏弹性变形组成,当应力水平较高时,蠕变变形主要有瞬时弹性变形,黏弹性变形和黏塑性变形组成。在广义开尔文模型基础上增加一非线性项,来描述衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段;根据加速蠕变阶段岩石的损伤特性,选取基于应力水平和时间因素的损伤变量,建立了岩石非线性蠕变损伤本构模型,并通过试验结果对该模型进行参数辨识,验证了该模型的正确性和合理性。然后,分别利用该模型和西原(Nishiharamodel)模型对加速蠕变阶段进行拟合,结果表明提出的模型能很好地描述加速蠕变阶段,克服了西原模型的不足。     

纳入蠕变变形机理的宽范围应力区下P91钢本构模型

以P91钢为对象,构建宽范围应力区基于蠕变变形机理(CDMWRS)的本构模型,采用ABAQUS软件,结合构建的CDMWRS本构模型,模拟单轴蠕变拉伸试验,并与文献数据进行对比.结果表明:宽范围应力区的不同蠕变变形机理和长期热老化都会对P91钢的蠕变应变率产生较大影响,CDMWRS模型能够较好地描述宽范围应力下P91钢的蠕变第一阶段和第二阶段变形行为,蠕变第三阶段相对偏差较大,主要原因是因为构建的CDMWRS模型未纳入损伤的影响.     

涡轮叶片蠕变寿命预测方法研究

针对高温构件的蠕变断裂寿命的预测方法进行了研究 ,根据蠕变试验 ,得到了 DD3单晶材料的蠕变常数 ,结合某航空发动机单晶涡轮叶片的蠕变行为 ,用 L- M法、θ法和改进的θ法进行了蠕变寿命预测 ,并进行了热弹塑性蠕变计算 .所得结果对工程应用是有参考价值的 .     

Effect of temperature and stress on high temperature creep behavior of Ni3Al-based single crystal superalloy

The creep behavior and dislocations mechanism of the Ni₃Al-based single crystal alloy IC6SX with [001] orientation were investigated under the testing conditions of 1100 ?°C/137 ?MPa, 1100 ?°C/120 ?MPa and 1070 ?°C/137 ?MPa. It was observed that the temperature and stress had a significant effect on the high temperature creep life of the single crystal alloy. As the temperature was reduced from 1100 ?°C to 1070 ?°C, the creep life increased from 65.07 ?h to 313.8 ?h. As the stress was reduced to 120 ?MPa, the creep life increased to 243.3 ?h. Under the high temperature and low stress condition the dislocations entered the γ′ phase by climbing caused by the atomic diffusion, instead of slipping.     

含水状态下硬脆性泥页岩蠕变特性实验研究

对岩石进行不同含水率下三轴蠕变实验,试样在整个加载过程中,经历了衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段。根据不同含水率岩样的等时应力应变曲线,可以看出泥页岩的蠕变是非线性的;并且随含水率和应力水平的提高,应力应变的非线性程度也增大。在相同的外载条件下,随着含水率的增加,泥页岩的蠕变变形增加、蠕变进入稳定阶段所需的时间越长;而岩石长期强度呈减小的趋势。说明对于泥页岩地层的钻井施工,需要考虑泥页岩的时效变形行为及流变效应。