镍基高温合金服役温度范围高温区裂纹急速扩展的现象和本质研究
发布时间：2021-05-18 01:01
对航空发动机、重型燃机等热端部件高温合金的性能要求日益提高,意味着热端部件需要在越来越高的温度下服役,这对高温合金的疲劳性能提出了更高的要求。因此充分认识高温合金在服役温度范围温度对疲劳裂纹扩展行为的影响规律呈现何种方式,以及导致此规律的主导机制,是一个急需关注的问题。为此,本文系统研究了高温合金疲劳裂纹扩展行为的温度影响规律和本质原因,并由此就长期服役的累积损伤进行了研究,为合金在高温下的损伤容限设计提供了重要的实验和理论依据。通过对粉末高温合金（FGH4097、FGH4098和FGH4096）及变形高温合金（GH4738、GH4720Li）在宽温度范围（室温～800℃）内的大量疲劳裂纹扩展实验数据的分析,表明了随温度增加疲劳寿命并非呈线性下降。明确了镍基高温合金在服役温度范围的高温段都存在一个拐点温度,在各自的拐点温度附近,表现出疲劳裂纹急速扩展、疲劳寿命快速下降的共性现象。通过断口特征、裂纹扩展方式和裂纹尖端损伤区特征的观察分析,阐述了拐点温度时疲劳裂纹急速扩展的主要原因,表观表现为断口特征从穿晶向沿晶断裂转变,实质为明显呈现沿晶断裂特征的转折点对应的应力强度因子ΔKT的快速下降...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 高温合金疲劳裂纹扩展
1.1.1 疲劳裂纹扩展的一般规律
1.1.2 疲劳裂纹扩展的影响因素
1.2 高温对疲劳裂纹扩展的影响规律
1.3 高温影响裂纹扩展机制和表征
1.3.1 高温疲劳性能下降
1.3.2 高温疲劳中的氧相关损伤
1.3.3 高温裂纹扩展机制的表征
1.4 高温服役累积损伤的影响和机制
1.4.1 高温服役的组织损伤
1.4.2 高温服役的性能退化
1.4.3 服役后累积损伤评估
1.5 课题研究内容与思路
2 研究材料及方法
2.1 研究材料
2.2 研究方法
2.2.1 疲劳裂纹扩展试验
2.2.2 疲劳裂纹中断实验
2.2.3 光滑持久和冲击试验
2.2.4 长期时效试验
2.2.5 合金组织观察及断口分析
3 疲劳裂纹急速扩展的拐点温度
3.1 粉末高温合金裂纹扩展
3.2 变形高温合金裂纹扩展
3.3 本章小结
4 高温段疲劳裂纹急速扩展的原因
4.1 疲劳断裂断口特征的变化
4.1.1 疲劳断裂模式的变化
4.1.2 强化相和力学强度的变化
4.2 裂纹扩展方式的变化
4.2.1 宏观裂纹扩展方式
4.2.2 微观裂纹扩展路径
4.3 裂纹尖端损伤区特征
4.4 高温氧化损伤
4.4.1 高温氧化损伤具体机制
4.4.2 高温氧化损伤主导机制的演变
4.5 本章小结
5 促进高温段裂纹急速扩展的影响因素
5.1 保载时间和疲劳载荷的贡献
5.1.1 保载时间的影响
5.1.2 疲劳载荷的影响
5.2 晶界组织特征的影响
5.2.1 晶界大γ'相
5.2.2 晶界处夹杂物
5.2.3 晶粒取向
5.2.4 晶界M_(23)C_6碳化物
5.3 本章小结
6 晶界损伤对裂纹扩展的贡献
6.1 疲劳裂纹扩展的晶界氧化损伤
6.1.1 疲劳裂纹扩展的疲劳力学损伤分量
6.1.2 疲劳裂纹扩展的氧化损伤分量
6.1.3 疲劳裂纹扩展的等损伤载荷
6.2 疲劳-保载裂纹扩展的晶界损伤
6.2.1 疲劳-保载裂纹扩展的各机制分量
6.2.2 疲劳-保载裂纹扩展的晶界损伤分量
6.2.3 疲劳-保载裂纹扩展的等损伤载荷
6.3 本章小结
7 晶界累积损伤对寿命折损的影响及评估
7.1 长时热暴露晶界累积损伤
7.1.1 高温时效后室温疲劳裂纹扩展行为
7.1.2 晶界累积损伤
7.2 长时服役晶界累积损伤
7.2.1 微观组织和力学性能变化
7.2.2 晶界累积损伤
7.3 寿命折损评估
7.3.1 寿命折损系数及评估
7.3.2 服役叶片寿命折损评价评估方法
7.4 本章小结
8 晶界氧化损伤的理论分析
8.1 第一性原理的晶界模型及拉伸测试计算方法
8.1.1 模型构建及计算设置
8.1.2 理想拉伸测试计算方法
8.2 理想拉伸测试计算
8.3 Ni-O键的键性分析
8.4 晶界吸附氧对晶界脆化能的影响
8.5 本章小结
9 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3192800
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 高温合金疲劳裂纹扩展
1.1.1 疲劳裂纹扩展的一般规律
1.1.2 疲劳裂纹扩展的影响因素
1.2 高温对疲劳裂纹扩展的影响规律
1.3 高温影响裂纹扩展机制和表征
1.3.1 高温疲劳性能下降
1.3.2 高温疲劳中的氧相关损伤
1.3.3 高温裂纹扩展机制的表征
1.4 高温服役累积损伤的影响和机制
1.4.1 高温服役的组织损伤
1.4.2 高温服役的性能退化
1.4.3 服役后累积损伤评估
1.5 课题研究内容与思路
2 研究材料及方法
2.1 研究材料
2.2 研究方法
2.2.1 疲劳裂纹扩展试验
2.2.2 疲劳裂纹中断实验
2.2.3 光滑持久和冲击试验
2.2.4 长期时效试验
2.2.5 合金组织观察及断口分析
3 疲劳裂纹急速扩展的拐点温度
3.1 粉末高温合金裂纹扩展
3.2 变形高温合金裂纹扩展
3.3 本章小结
4 高温段疲劳裂纹急速扩展的原因
4.1 疲劳断裂断口特征的变化
4.1.1 疲劳断裂模式的变化
4.1.2 强化相和力学强度的变化
4.2 裂纹扩展方式的变化
4.2.1 宏观裂纹扩展方式
4.2.2 微观裂纹扩展路径
4.3 裂纹尖端损伤区特征
4.4 高温氧化损伤
4.4.1 高温氧化损伤具体机制
4.4.2 高温氧化损伤主导机制的演变
4.5 本章小结
5 促进高温段裂纹急速扩展的影响因素
5.1 保载时间和疲劳载荷的贡献
5.1.1 保载时间的影响
5.1.2 疲劳载荷的影响
5.2 晶界组织特征的影响
5.2.1 晶界大γ'相
5.2.2 晶界处夹杂物
5.2.3 晶粒取向
5.2.4 晶界M_(23)C_6碳化物
5.3 本章小结
6 晶界损伤对裂纹扩展的贡献
6.1 疲劳裂纹扩展的晶界氧化损伤
6.1.1 疲劳裂纹扩展的疲劳力学损伤分量
6.1.2 疲劳裂纹扩展的氧化损伤分量
6.1.3 疲劳裂纹扩展的等损伤载荷
6.2 疲劳-保载裂纹扩展的晶界损伤
6.2.1 疲劳-保载裂纹扩展的各机制分量
6.2.2 疲劳-保载裂纹扩展的晶界损伤分量
6.2.3 疲劳-保载裂纹扩展的等损伤载荷
6.3 本章小结
7 晶界累积损伤对寿命折损的影响及评估
7.1 长时热暴露晶界累积损伤
7.1.1 高温时效后室温疲劳裂纹扩展行为
7.1.2 晶界累积损伤
7.2 长时服役晶界累积损伤
7.2.1 微观组织和力学性能变化
7.2.2 晶界累积损伤
7.3 寿命折损评估
7.3.1 寿命折损系数及评估
7.3.2 服役叶片寿命折损评价评估方法
7.4 本章小结
8 晶界氧化损伤的理论分析
8.1 第一性原理的晶界模型及拉伸测试计算方法
8.1.1 模型构建及计算设置
8.1.2 理想拉伸测试计算方法
8.2 理想拉伸测试计算
8.3 Ni-O键的键性分析
8.4 晶界吸附氧对晶界脆化能的影响
8.5 本章小结
9 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3192800
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3192800.html
教材专著
