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dz125光滑试样与小孔构件低循环／保载疲劳寿命建模

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航空动力学报 2008年第2期23卷 276-280页

作者：周天朋杨晓光石多奇候贵仓丛佩红北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083 沈阳发动机设计研究所沈阳110015

依据定向结晶合金dz125光滑试样的低循环/保载疲劳试验寿命数据,提出一种预测定向结晶合金低循环/保载疲劳寿命的模型.此寿命模型可以同时考虑材料的晶向、平均应力、应变范围、应变比、最大应力对寿命的影响.接着研究dz125合金光滑试... 详细信息

依据定向结晶合金dz125光滑试样的低循环/保载疲劳试验寿命数据,提出一种预测定向结晶合金低循环/保载疲劳寿命的模型.此寿命模型可以同时考虑材料的晶向、平均应力、应变范围、应变比、最大应力对寿命的影响.接着研究dz125合金光滑试样低循环/保载疲劳寿命与小孔构件低循环/保载疲劳寿命的关系,提出一种从光滑试样低循环/保载疲劳寿命数据预测小孔构件低循环/保载疲劳寿命的方法.应用本文提出的寿命模型,预测dz125带小孔构件的低循环/保载疲劳寿命,并将预测寿命与小孔构件试验寿命对比,误差在2倍分散带左右.

关键词：航空、航天推进系统 dz125 定向结晶疲劳蠕变寿命

SiO_2-ZrO_2陶瓷型芯与dz125,DD5和DD6三种铸造高温合金的界面反应

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材料工程 2016年第3期44卷 9-14页

作者：王丽丽李嘉荣唐定中刘世忠北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095

采用热压注工艺制备以钙稳定氧化锆为矿化剂的SiO2-ZrO2陶瓷型芯试板,继而通过定向凝固分别在1510℃和1530℃制备SiO2-ZrO2型芯与dz125,DD5和DD6三种高温合金的界面反应空心试板,将空心试板于相同高度处横向剖开,对获得的合金/型芯界面... 详细信息

采用热压注工艺制备以钙稳定氧化锆为矿化剂的SiO2-ZrO2陶瓷型芯试板,继而通过定向凝固分别在1510℃和1530℃制备SiO2-ZrO2型芯与dz125,DD5和DD6三种高温合金的界面反应空心试板,将空心试板于相同高度处横向剖开,对获得的合金/型芯界面反应试样的微观形貌进行SEM和EDS分析。结果表明,SiO2-ZrO2陶瓷型芯在1500℃以上的高温化学稳定性差,与dz125,DD5和DD6合金均发生不同程度的界面化学反应,反应产物类型与合金成分密切相关。对于Hf含量较高的dz125合金来说,合金中Hf与SiO2-ZrO2型芯中的SiO2反应生成HfO2,并在合金表面富集,阻止了合金中Al与型芯的反应。对于Hf含量较低的DD5,DD6合金来说,合金与SiO2-ZrO2型芯界面反应的产物是Al2O3,其由合金中Al与SiO2反应生成,而矿化剂钙稳定氧化锆对这一界面反应有促进作用。

关键词： SiO2-ZrO2陶瓷型芯 dz125 DD5 DD6 界面反应钙稳定氧化锆

低塑性加工对定向凝固镍基合金dz125高温氧化性能的影响

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材料导报 2020年第10期34卷 10093-10097页

作者：马文彬郭京京骆红云唐君杨晓光北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

本工作在常温下对定向凝固镍基高温合金dz125进行表面低塑性加工(熨压),并研究其高温抗氧化性能。通过微观组织分析发现,dz125经过低塑性加工后,表面层微观组织由原始柱状晶转变为纳米晶,平均晶粒尺寸约10 nm。研究dz125在950℃时的恒... 详细信息

本工作在常温下对定向凝固镍基高温合金dz125进行表面低塑性加工(熨压),并研究其高温抗氧化性能。通过微观组织分析发现,dz125经过低塑性加工后,表面层微观组织由原始柱状晶转变为纳米晶,平均晶粒尺寸约10 nm。研究dz125在950℃时的恒温氧化性能发现,低塑性加工样品表面氧化物主要为氧化铝(Al2O3)。高温下Al2O3稳定性优于氧化铬(Cr2O3),对材料的高温抗氧化性能产生正面效应,获得的氧化膜相对致密且均匀,氧化动力学曲线呈现抛物线规律。通过EDS分析试样横截面,固溶态及低塑性加工态的dz125出现了不同程度的内氧化,低塑性加工状态下,氧化层较厚且明显。

关键词：定向凝固镍基合金 dz125 低塑性加工高温氧化

不同保载时间作用下的定向凝固合金dz125的高温低循环疲劳试验研究

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航空材料学报 2010年第5期30卷 88-92页

作者：刘金龙杨晓光石多奇王井科北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

研究了定向凝固合金dz125 850℃时不同保载时间作用下的低循环疲劳行为。进行了拉伸保载时间分别为1 s,60 s,120 s和240 s的试验,并进行了循环应力-应变分析、应变响应分析、疲劳寿命分析以及微观断口分析,结果表明,保载时间对低循环疲... 详细信息

研究了定向凝固合金dz125 850℃时不同保载时间作用下的低循环疲劳行为。进行了拉伸保载时间分别为1 s,60 s,120 s和240 s的试验,并进行了循环应力-应变分析、应变响应分析、疲劳寿命分析以及微观断口分析,结果表明,保载时间对低循环疲劳力学行为有明显影响,随着保载时间的增加疲劳寿命逐渐减小,但保载时间超过一定范围之后疲劳寿命趋于稳定,而且随保载时间的增加蠕变损伤逐渐起主导作用。

关键词： dz125 保载时间疲劳蠕变

小样电解法表征dz125合金中非金属夹杂物的探究

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冶金分析 2023年第11期43卷 1-11页

作者：宋爽谭毅李毅王以霖李鹏廷大连理工大学材料科学与工程学院大连理工大学辽宁省载能束冶金与先进材料制备重点实验室

大样电解法电解时间长，所需样品质量大，对于纯净度较高的镍基高温合金中的小尺寸非金属夹杂物电解效果不佳。故本研究利用电化学原理，通过选择合适的电解液，对比不同电解参数的电解效果，开发小样电解法表征dz125合金中的非金属夹... 详细信息

大样电解法电解时间长，所需样品质量大，对于纯净度较高的镍基高温合金中的小尺寸非金属夹杂物电解效果不佳。故本研究利用电化学原理，通过选择合适的电解液，对比不同电解参数的电解效果，开发小样电解法表征dz125合金中的非金属夹杂物，并与Aspex扫描电镜法检测结果进行对比。最终确定的小样电解法的具体步骤为：制备标准尺寸电解试棒；处理半透膜；配制电解液为30 g/L柠檬酸(C6H8O7)+15 g/L柠檬酸氨(C6H11NO7)+15 g/L (NH4)2SO4+去离子水；在电解装置中电解，电解电位为1.84 V,电流密度为420 mA/cm2,每电解10 h后更换电解液，直至将试棒浸入部分电解殆尽；电解完成后，用真空抽滤的方式在0.45μm的微孔滤膜上收集半透膜中的阳极泥；随后采用酸洗的方法分离出非金属夹杂物；最后进行相应检测分析。重复实验的验证结果表明，在夹杂物类型和含量检测方面，小样电解法与Aspex扫描电镜法检测结果基本一致，可以作为dz125合金中非金属夹杂物的冶金分析方法。

关键词：小样电解法电解液夹杂物 dz125 高温合金电化学分析 Aspex扫描电镜法

相位角对定向合金dz125热/机械疲劳行为与寿命影响的试验研究

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航空动力学报 2003年第3期18卷 383-387页

作者：张国栋刘绍伦何玉怀陈荣章周柏卓北京航空材料研究院北京100095 沈阳航空发动机设计研究所沈阳110500

对dz125定向凝固铸造镍基高温合金进行了同相位、反相位和-135°相位的550℃～1000℃热/机械疲劳试验研究。试验结果表明:同相位寿命曲线与反相位寿命曲线有一交点,-135°相位的热/机械疲劳寿命比同相位热/机械疲劳寿命与反相位热/机械... 详细信息

对dz125定向凝固铸造镍基高温合金进行了同相位、反相位和-135°相位的550℃～1000℃热/机械疲劳试验研究。试验结果表明:同相位寿命曲线与反相位寿命曲线有一交点,-135°相位的热/机械疲劳寿命比同相位热/机械疲劳寿命与反相位热/机械疲劳寿命长。试样的微观断口分析显示了在热/机械疲劳试验中同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤。对同相位、反相位和-135°相位热/机械疲劳循环应力响应行为进行了研究。用Manson-Coffin方程、微裂纹扩展模型和拉伸迟滞能(Ostergren)寿命预测模型对dz125合金的热/机械疲劳寿命进行了预测(分散带为2倍左右)。

关键词：航空发动机相位角定向合金 dz125 机械疲劳疲劳寿命疲劳试验

ZSGH4169/dz125接触对的微动疲劳机理及寿命模型研究

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ZSGH4169/DZ125接触对的微动疲劳机理及寿命模型研究

作者：邢泽宇南京航空航天大学

学位级别：硕士

微动疲劳在航空领域是导致零部件结构失效的一种典型形式,在微动条件下零部件的疲劳寿命可降到普通疲劳寿命的2/3甚至更低。在航空发动机中,微动疲劳通常发生在涡轮榫连接结构上。本文开展了异种材料接触下的单卡头式微动疲劳试验和异... 详细信息

微动疲劳在航空领域是导致零部件结构失效的一种典型形式,在微动条件下零部件的疲劳寿命可降到普通疲劳寿命的2/3甚至更低。在航空发动机中,微动疲劳通常发生在涡轮榫连接结构上。本文开展了异种材料接触下的单卡头式微动疲劳试验和异种材料接触下的双齿榫连接结构微动疲劳试验,建立了考虑表面硬度的高温微动疲劳寿命预测模型。主要的研究工作和研究结论如下:(1)为了对比异种材料接触对微动疲劳寿命的影响,本文开展了ZSGH4169/dz125单卡头式结构微动疲劳试验,并与ZSGH4169/ZSGH4169单卡头式结构微动疲劳寿命进行对比。发现随着温度的升高ZSGH4169/dz125单卡头式结构微动疲劳寿命降低,不同温度下ZSGH4169裂纹起始萌生角度范围在55°～75°之间,微动疲劳裂纹均出现在接触区下边缘。在常温工况下,异种材料接触对对应的微动疲劳寿命远远小于同种材料接触下的微动疲劳寿命,而在高温工况下,两者的微动疲劳寿命差别不大。(2)由于目前涡轮盘常用材料为ZSGH4169,叶片常用材料为dz125,因此本文开展了不同温度工况下的dz125/ZSGH4169单卡头式结构微动疲劳试验。试验发现,同一载荷工况下,微动疲劳寿命随温度的升高而降低;同一温度工况下,微动疲劳寿命随载荷的升高而降低。另外不同温度下dz125裂纹起始萌生角度范围在40°～50°之间,微动疲劳裂纹均出现在接触区下边缘。随着温度的升高,在微动疲劳过程中产生的摩擦氧化物逐渐增多。(3)基于非线性连续疲劳损伤理论的高温微动疲劳寿命模型为基础,建立考虑表面硬度的高温微动疲劳寿命预测模型。通过有限元软件对dz125/ZSGH4169及ZSGH4169/dz125材料接触对进行有限元仿真计算。根据第二章中的随机选取的相关试验数据,分别针对dz125材料和ZSGH4169材料建立考虑表面硬度的高温微动疲劳寿命预测模型,并对dz125/ZSGH4169微动疲劳试验的其余工况进行寿命预测,预测结果均在二倍误差带内,从而验证了该寿命模型的有效性。(4)为了更好的模拟涡轮榫连接结构在两个工况下的工作状态,本文根据相关参数要求,设计了双齿榫连接结构模拟件,并在两个工况下进行微动疲劳试验。试验结果发现,在载荷更大,工作温度更高的工况下,微动疲劳寿命较低。两个工况下的失效形式均为榫头下齿发生断裂,榫槽上齿发生断裂,裂纹均产生在接触区边缘。双齿榫连接结构中dz125和ZSGH4169裂纹萌生角度均在单卡头式微动疲劳试验中对应材料的裂纹萌生角度范围内,说明单卡头式微动疲劳试验可以有效地简化齿形复杂的榫连接结构。利用本文提出的考虑表面硬度的高温微动疲劳寿命模型对双齿榫连接结构微动疲劳试验进行预测并验证。预测结果均在二倍误差带内,从而验证了该寿命模型的有效性。

关键词：微动疲劳 dz125 ZSGH4169 榫连接结构寿命预测表面硬度

电磁辅助激光增材修复dz125合金的组织和力学性能

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电磁辅助激光增材修复DZ125合金的组织和力学性能

作者：张栩南昌航空大学

学位级别：硕士

dz125合金作为一种中高温性能良好的定向凝固合金,被广泛运用于航空发动导向叶片的制造。但由于其长期服役于高温高压的恶劣环境,在使用过程中易发生磨损、裂纹等损伤。若对损伤叶片进行完全替换会大幅增加经济成本和时间成本。相比于... 详细信息

dz125合金作为一种中高温性能良好的定向凝固合金,被广泛运用于航空发动导向叶片的制造。但由于其长期服役于高温高压的恶劣环境,在使用过程中易发生磨损、裂纹等损伤。若对损伤叶片进行完全替换会大幅增加经济成本和时间成本。相比于传统的修复技术,激光增材修复技术修复精度高、对基体热影响小、性能优异的特点特别适合于航空发动机热端部件的修复。但是,激光增材修复快速冷却的特点使得其组织和成分都具有不均匀性,本文通过对激光增材过程中外加磁场辅助,研究了不同电磁辅助工艺参数对激光增材修复态试样显微组织及元素偏析的影响;在优化的电磁辅助工艺参数下,分析了有无电磁辅助试样在热处理过程中的组织演变规律;结合DIC技术对电磁辅助激光增材修复试样的力学性能及修复区与基材的变形协调性进行了研究,获得的主要结论如下:修复态试样组织研究表明,电磁搅拌的加入能够改善修复试样的铺展性,但相较于激光工艺参数的改变影响较小。激光增材修复单道试样的组织大部分为[001]取向的定向枝晶区,电磁搅拌的加入不会改变枝晶外延生长的取向。但电磁搅拌能够使枝晶生长速度变慢,枝晶间距增加;电磁搅拌对熔池的剧烈对流作用能够减轻合金的元素偏析,降低修复区中共晶组织和碳化物的体积分数,当励磁电流为3.5A,磁场频率为60Hz时,碳化物的体积分数最小,元素偏析也最轻。同时发现,励磁电流及磁场频率过大会减弱电磁搅拌的作用效果,这是因为电磁作用的“集肤效应”。组织调控研究发现,随着固溶温度的提高,共晶组织及初生γ′相的溶解程度加大,枝晶间共晶组织的完全固溶温度较枝晶干γ′相的完全固溶温度高。电磁辅助的加入能够加速激光增材修复dz125合金固溶处理过程中初生γ′相的回溶,且能够显著降低γ+γ′共晶组织的溶解温度。施加电磁辅助试样在时效处理过程中二次γ’相析出及粗化行为不同,完全固溶时效时施加电磁辅助后试样较未施加电磁辅助试样析出的二次γ′相的球化程度更大;施加电磁辅助试样的在直接时效和未完全固溶时效状态下二次γ′相的体积分数更高。力学性能研究结果表明,激光增材修复区域内枝晶组织较为细小,激光增材修复区的强度和塑性优于定向凝固基材,且在经过热处理后性能会得到进一步提升。由于修复区与基材组织与性能的不匹配性,基材+修复区拉伸试样断裂位置均位于基材,电磁辅助修复试样基材与修复区之间的变形协调性更好,相比未添加电磁辅助的修复区+基材拉伸试样无论是强度还是塑性都有所提升,抗拉强度达到1231MPa,超过基材近8%,但是塑性仍较低,仅仅是基材的82%。试样经热处理后,电磁搅拌修复区+基材区拉伸试样的抗拉强度达到基材的106.2%,应变值则达到原始基材的112%,修复试样的强度和塑性均高于铸件标准热处理的标准,可实现定向凝固合金的高性能修复。

关键词：电磁辅助激光增材修复 dz125 组织调控力学性能

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dz125合金高温循环变形特性及本构建模

强度与环境 2013年第1期40卷 17-22页

作者：周天朋杨晓光石多奇北京强度环境研究所北京100076 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083

开展了定向凝固镍基合金dz125高温循环变形特性的试验研究;试验包括纵向[001]、横向[010]和45o[011]三个晶向;温度包括室温、650℃、760℃、850℃和980℃。试验观察到材料变形的率相关、循环硬化/软化、平均应力松弛等力学现象。试验还... 详细信息

开展了定向凝固镍基合金dz125高温循环变形特性的试验研究;试验包括纵向[001]、横向[010]和45o[011]三个晶向;温度包括室温、650℃、760℃、850℃和980℃。试验观察到材料变形的率相关、循环硬化/软化、平均应力松弛等力学现象。试验还得到了这些力学行为与温度、晶向、应变率、应变范围的关系。基于以上的材料变形特征,采用各向异性扩展的Chaboche统一型粘塑性本构模型对dz125合金的力学特性进行了本构建模研究。开发了基于遗传算法的材料参数提取和优化方法。并通过ABAQUS用户子程序(UMAT)结合有限元方法,进行了数值模拟验证和变形预测。

关键词：镍基合金 dz125 循环硬化软化平均应力松弛 Chaboche模型