原颗粒边界问题和热处理裂纹形成原因的研究

业已证实,粉末高温合金中原颗粒边界(PPB)问题严重影响合金性能。本文研究了FGH95合金PPB对淬火裂纹的影响,通过对淬火开裂后样品断口形貌、析出相类型、表面俄歇谱化学成分分析找出淬火时裂纹形成的原因和控制因素。 实验结果和分析表明;造成淬火裂纹形成的两种机制,开裂严重的是由于PPB碳化物及在其外表面形成富氧层破坏合金的连续性,促使沿原颗粒边界断裂。开裂不严重的是由于γ相界析出大块γ′相其周围贫A1,Ti区形成易氧化层,促使沿γ相界断裂。 基于两种机制的提出,可以较好地说明影响淬火裂纹形成的主要原因是氧的污染和不适宜的淬火冷却速度。     

回火对微合金管线钢疲劳裂纹扩展行为的影响

采用MTS858电液伺服万能试验机、扫描电镜及透射电镜研究回火对一种高强度微合金管线钢疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明:回火可提高微合金管线钢疲劳裂纹扩展的门槛值,降低疲劳裂纹扩展速率,但对裂纹扩展稳态区的扩展速率影响不大;回火使碳氮化物沉淀析出、晶间马氏体/奥氏体(M/A)组元由岛状转变为点状及细条状,形成马氏体薄膜结构,阻碍变形和裂纹在材料中扩展,增加裂纹的偏折程度;在控轧控冷终冷温度进行2～4 h回火热处理,可以提高微合金管线钢强韧性和抗疲劳裂纹扩展能力。     

固溶处理对2E12铝合金组织及疲劳断裂行为的影响

通过对2E12铝合金进行493 ℃/20 min和503℃/20 min固溶处理,研究固溶处理对2E12合金室温拉伸及疲劳性能的影响.采用X线衍射分析、扫描电镜和金相分析对合金组织及疲劳断口进行观察.研究结果表明:提高固溶处理温度对合金拉伸性能影响不大,但可明显减少合金中残留相(Al2Cu,A12CuMg)的含量;经503 ℃/20 min处理后合金的拉伸强度较经493℃/20 min处理后合金的拉伸强度略有提高,但其疲劳寿命延长约20％;合金中残留相在疲劳过程中容易开裂形成微小二次裂纹,在主裂纹扩展过程中起到桥接作用,从而加速疲劳裂纹扩展,降低合金疲劳性能.     

时效状态对7020铝合金疲劳性能的影响

研究不同时效状态下7020铝合金的疲劳强度及疲劳裂纹扩展性能,并分别利用透射电镜和扫描电镜对合金的显微组织及疲劳断口进行观察分析。研究结果表明:欠时效、峰时效和过时效3种时效态合金在循环数为107次时的条件疲劳极限分别为131,114和127 MPa;欠时效合金具有最低的疲劳裂纹扩展速率,峰时效合金的疲劳裂纹扩展速率最高;随着时效程度加大,过时效合金的疲劳裂纹扩展性能有所改善;欠时效合金中可切过的GP区增加位错滑移的可逆性并促进裂纹的偏折,而峰时效合金中主要为η'相,不可切过的η'相以及较大的晶内和晶界无析出带(PFZ)之间的强度差导致疲劳裂纹容易萌生和扩展;过时效合金晶内晶界强度差减小以及相关的裂纹闭合机制使其疲劳性能得到改善。     

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为

测定不同晶粒尺寸、γ'相以及不同Hf含量的粉末高温合金FGH97在650℃高温条件下的疲劳裂纹扩展速率,并将其与FGH95和FGH96两代粉末合金的疲劳裂纹扩展速率进行对比. 用定量分析的方法对FGH97合金在疲劳断裂各个阶段的行为特征进行分析. 较大晶粒尺寸的FGH97合金具有较低的裂纹扩展速率,合理的二次和三次γ'相匹配析出,可以获得较高的疲劳寿命;Hf元素的添加使合金的整体疲劳寿命增大;FGH97合金与FGH95和FGH96相比,具有较高的疲劳裂纹萌生抗力,更低的高温疲劳裂纹扩展速率.     

高温短时人工时效对2524合金疲劳性能的影响

研究高温短时时效对2524合金室温拉伸及疲劳性能的影响,采用3DAP分析、透射电镜等对合金组织进行观察.结果表明:经过高温短时时效试样的抗拉强度与自然时效试样的相当,但是塑性有很大的提高;高温短时时效后试样的疲劳裂纹扩展速率比自然时效试样低.经过高温短时人工时效的2524合金组织中Cu和Mg原子发生强烈偏聚形成圆盘状的GPB区,尺寸较大,这种人工时效组织既能提高应力循环下的裂纹张开扩展阻力,又不影响裂纹闭合,从而降低疲劳裂纹扩展速率.     

铸造共晶铝硅合金中析出相对断裂行为的影响

通过对铸造共晶Al-Si合金断口及析出相的分析研究了拉伸过程中基体内析出相的断裂特点.结果发现：拉伸过程中基体内初、共晶硅以穿晶断裂为主,这与颗粒内部存在的结构缺陷有关;直径小于2.0μm的初晶硅能够抑制二次裂纹的扩展.块状富铁相表现出穿晶断裂特点,鱼骨状富铁相中的微裂纹沿一次枝晶轴向生长.富铜相对裂纹扩展具有强烈地偏折作用;以富铁相为核心析出的富铜相能抑制富铁相中微裂纹的形成.提高合金中Cu含量可以降低富铁相的有害作用,改善合金的力学性能.     

Cr5Mo耐热钢炉管的焊接

Cr5Mo合金耐热钢由于钢中碳和合金元素的共同作用,在焊接时极易形成淬硬组织,产生冷裂纹、再热裂纹和回火脆性,焊后易形成硬度很高的马氏体和少量的贝氏体,焊接质量差,冬季焊接难度大.为防止焊接时产生裂纹和焊缝的硬度测试值过高,根据实际生产条件制定了合理的焊接工艺规程用于指导现场炉管的焊接,取得了满意的焊接效果.     

淬火条件对A356合金疲劳裂纹扩展的影响

在固溶和时效条件相同的情况下,选择3种淬火温对矿铸A356合金做淬火处理,对这3种淬火态合金的拉伸及疲劳裂纹扩展性能进行了研究。结果表明：随淬火介质温度的降低,淬火降温速率提高,合金的强度增加,塑性下降;当应力比R较低时,淬火条件对合金疲劳门槛区的裂纹扩展阻力有明显影响。降低淬火介质温度可以提高合金疲劳裂纹面的粗糙度,增加粗糙度诱发的裂纹闭合,同时还能降低a(Al)基体中的粗大β‘-Mg2Si相和无沉淀区,从而提高了合金的疲劳裂纹扩展阻力。     

镍基合金激光快速成形裂纹控制技术

裂纹控制技术是镍基合金激光快速成形技术广泛应用和进一步工业化的关键.从熔覆层金相组织、物相组成、残余应力、宏观形貌和断口观察等角度分析了Ni60合金激光快速成形裂纹形成的原因,提出了相应的裂纹控制策略.研究表明:Ni60合金的激光快速成形裂纹主要是由于硬脆相引起的熔覆层低延性及残余内应力导致的脆性冷裂纹.通过调整合金成分,优化工艺参数,以及引入超声振动等措施,可以改善镍基合金激光快速成形组织,提高塑韧性,降低残余内应力,从而降低裂纹敏感性,减少或消除裂纹.     

淬火条件对A356合金疲劳裂纹扩展的影响

在固溶和时效条件相同的情况下,选择3种淬火水温对砂铸A356合金做淬火处理,对这3种淬火态合金的拉伸及疲劳裂纹扩展性能进行了研究.结果表明随淬火介质温度的降低,淬火降温速率提高,合金的强度增加,塑性下降;当应力比R较低时,淬火条件对合金疲劳门槛区的裂纹扩展阻力有明显影响.降低淬火介质温度可以提高合金疲劳裂纹面的粗糙度,增加粗糙度诱发的裂纹闭合,同时还能降低α(Al)基体中的粗大β′-Mg2Si相和无沉淀区,从而提高了合金的疲劳裂纹扩展阻力.     

添加Al_2O_3对95W-Ni-Fe合金微观组织与力学性能的影响

针对钨合金作为预制破片战斗部穿甲后的易碎性,研究了添加不同粒径Al2O3对95W合金微观组织与性能的影响.结果表明,随着添加的Al2O3粒径的减小,钨合金中钨颗粒的平均直径尺寸减小 获得的新型95W合金的静态抗拉强度和延伸率均低于传统95W合金,并且新型95W合金的强度和延伸率随着添加Al2O3初始粉末粒径的降低而增加 添加Al2O3初始粉末粒径的减小增大了新型95W合金的抗压强度 新型钨合金由于Al2O3的存在引发了大量初始裂纹并在承受冲击载荷时导致应力集中,微裂纹迅速连结并扩展后形成裂纹.     

铁铬铝合金裂纹产生时的声发射

通过声发射及扫描电镜技术，了铁铬铝合金裂纹形成的条件，结果表明，合金中热应力可产生微裂纹，内应力的存在以及环境氢的渗入，通常使盘条产生纵向裂6纹；合金的失效过程是一个通过声发射释放能量的过程。     

固溶温度和稳定化工艺对GH864合金疲劳裂纹扩展特征的影响

研究了不同固溶温度和稳定化处理工艺后GH864合金的裂纹扩展情况.通过分析合金的微观组织,断口形貌以及lga--lgNi/Nf、da/dN--a及da/dN--N曲线特征,定量计算了裂纹萌生期、稳态扩展期及失稳瞬断期在整个疲劳断裂过程中所占比例,并进一步分析影响各自比例的微观组织因素.结果表明:随着固溶温度的升高,晶粒尺寸增加,合金的裂纹扩展速率降低,同时裂纹的萌生期的比例降低,而裂纹的扩展期比例则会增加;随稳定化时间的延长和温度的升高,晶界碳化物析出量增加,降低了合金的裂纹扩展速率,但是裂纹萌生期的比例在逐渐增加.     

GH864合金组织特征对裂纹扩展速率的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电镜等手段,研究了GH864合金三种轧制态组织经热处理后的演变过程,分析了热处理后不同组织对室温冲击韧性及高温650℃裂纹扩展速率的影响.结果表明,GH864合金由初始轧制态组织经标准热处理后（1020℃,4h/空冷→845℃,4h/空冷→760℃,16h/空冷）获得的晶粒组织,其晶粒组织演变具有明显的一致性,而合金的晶界碳化物分布及基体γ＇强化相没有明显差别,其分布状态及尺寸大小基本一致.热处理后的晶粒尺寸越大,抗裂纹扩展能力越好,合金的室温冲击韧性越低;热处理后形成的项链状组织,对合金冲击韧性及裂纹扩展速率有较好的影响.     

镍基高温合金焊缝凝固裂纹敏感性研究

本文研究了合金元素对镍基高温合金焊缝凝固裂纹的影响,表明在凝固裂纹断面上存在Nb,Ti,Mo,Si等元素偏聚的现象。通过对20种高温合金和8个合金元素进行重回归分析,得到了焊缝凝固裂纹敏感性系数P_(sc)。     

SEM原位观察ZK60(0.9Y)镁合金板材的断裂行为

利用原位拉伸扫描电镜观察,研究ZK60合金及含稀土Y的ZK60(0.9Y)合金热轧板材动态拉伸过程中裂纹萌生和扩展情况,讨论合金的显微组织与断裂行为的相互关系.实验表明:在拉伸过程中,合金轧制态试样裂纹以撕裂的形式进行扩展,断口区域有解理、准解理断裂痕迹,ZK60(0.9Y)合金裂纹萌生所需载荷大于ZK60合金,且在拉伸过程中发生第2相的破碎,主裂纹沿第2相扩展,基体中的二次裂纹多萌生于第2相周围.     

腐蚀环境对TC21钛合金疲劳行为的影响

基于飞机零部件在服役过程中因腐蚀导致疲劳断裂的问题,采用疲劳试验机、扫描电子显微镜对TC21钛合金在两种腐蚀环境以及室温空气环境下的疲劳进行了研究。结果表明,相同环境下随着应力降低,合金晶体内部位错累计能量速率减缓,合金疲劳寿命增加。同等应力条件下,3.5%NaCl水溶液环境下合金疲劳寿命最低,油箱积水环境下次之,室温空气环境下合金疲劳寿命最高。当应力较低时,差异更为显著。腐蚀环境下试样疲劳寿命较低,主要原因在于合金与溶液中离子发生反应形成大量腐蚀产物,促进裂纹萌生、加速裂纹扩展。     

Ti-15-3合金中短裂纹萌生与扩展的微观机理

利用扫描电镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了Ti-15-3合金中晶粒取向差对短裂纹萌生与扩展的影响.结果表明:在Ti-15-3合金中,98%相邻晶粒之间的取向差大于10°;相邻晶粒中,大的晶粒取向差有利于短裂纹的萌生,小的晶粒取向差有利于短裂纹的扩展;短裂纹的尖端方向与下一个晶粒的滑移带方向夹角大于35°时,裂纹穿过此晶粒时容易发生曲折,走"Z"字形路线;小于35°,裂纹沿着滑移带方向扩展;短裂纹尖端扩展到晶界时,如果裂纹尖端方向与晶界的方向之间的夹角小于35°,裂纹沿晶扩展;大于35°,裂纹穿晶扩展.     

镍基高温合金的中温低塑性问题研究

对GH33镍基高温合金进行大气、氩气和真空环境的750℃拉伸试验表明,合金的中温塑性因氧分压的降低而有显著的变化。环境中的氧促使试样沿晶断裂,导致了中温低塑性。本文进一步对氧导致GH33合金中温沿晶断裂的机制进行了研究,认为在中温拉伸变形过程中,试样的氧化表面首先发生沿晶裂纹,氧沿着裂纹尖端前沿的晶界优先渗入,在应力的促进下与晶界上呈链状分布的Cr_(23)C_6碳化物反应,产生CO气泡,形成裂纹前沿晶界上的空洞,使晶界裂纹迅速扩展而造成沿晶的脆性断裂。本文还对GH37等其他镍基合金的试验结果作了分析,认为上述机制也是适用的。