發(fā)布時間：2020-06-10 23:58

【摘要】：航空發(fā)動機在長期的服役過程中經(jīng)歷著啟動、慢車、巡航和加力等狀態(tài),其渦輪轉(zhuǎn)子葉片承受復雜多場應力(如離心力、氣動力、熱應力等)作用。這些應力在發(fā)動機服役過程中發(fā)生周期性變化,其對應載荷譜表現(xiàn)為靜態(tài)載荷與交變載荷耦合作用。在這種復雜苛刻的服役條件下,疲勞、蠕變和蠕變-疲勞交互作用是渦輪葉片失效的主要模式。本文以鎳基定向凝固高溫合金DZ125為研究目標,開展了多種載荷譜下蠕變-疲勞的失效機理研究,以及特定溫度、應力下的持久壽命的預測。首先,綜述各類材料的應力(應變)控制條件下的實驗結(jié)果,進行橫向比較,嘗試尋求蠕變-疲勞的一般規(guī)律(試驗數(shù)據(jù)方面和微觀分析方面)。接著,基于DZ125的蠕變-疲勞實驗結(jié)果:發(fā)現(xiàn)循環(huán)加載對DZ125的蠕變性能有重要影響,保載時間的引入降低了DZ125合金的持久壽命。在短時保載內(nèi),保載時間增加時,加速效應先增加后減小,對應的持久壽命先降低后升高;在長時保載內(nèi),保載時間增加循環(huán)加速效應不變,持久壽命基本不變。其次,對DZ125斷口進行微觀分析:DZ125合金的蠕變斷口在宏觀上表現(xiàn)為韌性斷裂,蠕變斷口整體形貌可劃分為中心纖維區(qū)、向外的裂紋擴展區(qū)和最外層的剪切唇區(qū);蠕變裂紋主要萌生于枝晶間的碳化物,共晶組織相嵌處也有少量裂紋萌生。DZ125合金在蠕變-疲勞短時保載時其斷口表現(xiàn)為典型的疲勞形貌特征,長時保載試件斷口中部區(qū)域則出現(xiàn)較多的蠕變孔洞,且斷口附近表面氧化嚴重并含大量萌生的二次微小裂紋;蠕變-疲勞裂紋主要萌生于晶界處的共晶組織,且晶內(nèi)的碳化物處同樣有少量的裂紋萌生;由于應力場不同,裂紋的擴展方式也不同,晶界處的裂紋有沿晶和穿晶兩種模式,晶內(nèi)處的裂紋擴展模式多為先穿晶后沿晶。最后,對比與Miner線性累計損傷準則的預測結(jié)果,采用冪函數(shù)對保載時間與蠕變-疲勞循環(huán)壽命進行擬合,進一步預測不同保載時間下的持久壽命。該壽命模型可很好地預測850℃和980℃應力控制下的DZ125合金的持久壽命,且預測壽命均在2倍分散帶以內(nèi)。
【圖文】：

圖 1-1 Orowan 機制圖2.3 晶界強化定向凝固合金雖然消除了與應力軸垂直的橫向晶界，但是仍存在與應力軸的豎直晶界，且晶界強度對合金的蠕變性能有重要影響。定向凝固合金晶界強方法有以下兩種：1）在合金當中加入 B、C 等元素，這些元素通過填充晶界處的空隙，從而使處原子的擴散速率，強化晶界。2）采用合適的熱處理工藝，使第二相在晶界處析出，阻礙晶界的遷動，從而晶界。.3 定向凝固合金蠕變-疲勞壽命的影響因素影響材料的蠕變-疲勞性能的因素有很多，既可以為材料本身的因素，也可

圖 1-2 技術(shù)路線1.4.3 主要內(nèi)容基于主要的技術(shù)路線，本文各章所涉及的研究內(nèi)容如下所示：第一章：簡單的介紹一下定向凝固合金的發(fā)展、基本特點、強化機制等。第二章：對國內(nèi)外典型高溫合金材料在蠕變-疲勞條件下的變形行為、失效機理和持久性能進行了綜述。第三章：實驗部分，針對定向凝固高溫合金 DZ125 開展不同保載時間的蠕變-疲勞實驗，并對實驗結(jié)果進行處理及分析。第四章：通過不同微觀手段對 DZ125 的斷口進行分析，進一步研究該合金的蠕變-疲勞行為，并基于微觀觀測分析了其失效機理。第五章：借鑒已有的蠕變-疲勞壽命預測模型對實驗結(jié)果進行評估，，并提出一種適用于特定環(huán)境下的蠕變-疲勞持久壽命預測方法。第六章：總結(jié)了全文的研究工作并概括了主要工作結(jié)論，對今后在此論文基礎(chǔ)
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V231.9;V252

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本文編號：2707062