K417铸造镍基高温合金热机械疲劳行为的研究
镍基高温合金的研究与工程应用
镍基高温合金的研究与工程应用随着机械制造和航空航天工业的不断发展，对于高温高压材料的需求也越来越大。
而镍基高温合金便成为了解决这一难题的重要材料之一。
镍基高温合金具有优异的高温抗氧化性能、高强度和耐磨性等特点，成为了高端制造领域的首选材料之一。
本文将探讨镍基高温合金的研究和工程应用。
一、镍基高温合金的分类和组成镍基高温合金按所含元素定性可分为镍基合金、高温合金、超高温合金和热成形合金四类。
在这四个类别中，镍基合金和高温合金是大量被应用的两个类别。
镍基合金主要由镍、铬和铁组成，常常加入一定比例的铝、钛和钨等元素，其中铬的含量在10%~30%之间。
高温合金除包含镍、铬、铁外，还含有铝、钛、钪、钼等元素，富铝高温合金还含有少量的硼、锰、锆等元素。
二、镍基高温合金的性能镍基高温合金具有很强的高温抗氧化性能，能够保持高温下的结构稳定性，在较长时间内不会发生软化、变形和腐蚀。
这一性能通过合金中添加铝、硅、钆等元素进行增强。
同时，镍基高温合金还具有高强度和耐磨性，能够在高速摩擦和高压环境下保持稳定性能，避免失效和生产事故的发生。
三、镍基高温合金的研究目前，针对镍基高温合金的研究主要集中在材料的制备、加工、表面处理和性能优化等方面。
对于材料制备方面，热状态下的粉末冶金、熔炼和快速凝固技术是当前的研究热点。
通过这些制备方法，能够获得颗粒更细、晶粒更细的材料。
对于材料加工方面，高温合金在制造过程中需进行多次热加工和热处理，以获得其高强度、高稳定性的特点。
表面处理方面，通常蒸镀、喷涂等方法常常用于增强镍基高温合金的抗腐蚀性能。
性能优化方面，深入研究各类添加元素对于合金力学性能的影响，以及不同工艺对于合金微观结构的影响均是当前研究的方向之一。
四、镍基高温合金的应用随着工业技术的不断提高，镍基高温合金的应用领域越来越广泛。
在航空航天、军事、电力、船舶制造等领域，镍基高温合金都有广泛的应用。
一方面，镍基高温合金能够长时间保持在高温高压环境下的稳定性能，在火箭发动机、航空发动机和汽车发动机等高温机件中得到应用。
高温合金材料高周疲劳行为研究
高温合金材料高周疲劳行为研究引言高温合金材料在航空航天、能源和化工等领域具有广泛的应用。
在高温环境下，材料面临着高周疲劳行为的挑战。
了解高温合金材料的高周疲劳行为对于材料设计和使用具有重要意义。
本文旨在探讨高温合金材料的高周疲劳行为研究。
一、高周疲劳行为概述高周疲劳是指在循环载荷条件下材料发生的疲劳失效，即当载荷循环达到一定次数后，材料发生裂纹、断裂等失效现象。
高周疲劳行为的研究对于材料的安全寿命评估和工程应用至关重要。
二、高温合金材料的优势高温合金材料由于其在高温环境下的优异性能而备受关注。
这些材料具有较高的强度、高温热稳定性以及良好的抗疲劳性能。
在高周疲劳行为研究中，高温合金材料的热稳定性和抗疲劳性能是其独特之处。
三、高周疲劳行为的机理研究1. 微观机制高温合金材料的高周疲劳行为主要受到微观损伤的影响。
研究发现，高温下循环应力引起材料晶体滑移、蠕变和氧溶解等过程，导致材料发生变形和蠕变，最终导致裂纹的形成和扩展。
2. 疲劳寿命预测高温合金材料的疲劳寿命预测是高周疲劳行为研究的重要内容。
常用的预测方法包括基于应力应变曲线的剩余寿命模型和基于损伤累积的寿命预测方法。
这些方法能够为高温合金材料的安全寿命评估提供参考。
四、高周疲劳行为的实验研究1. 材料选择进行高周疲劳行为研究的首要任务是选择适用的高温合金材料。
在选择过程中，需要考虑材料的高温强度、热稳定性以及抗疲劳性能等因素。
2. 循环载荷实验高周疲劳行为的实验研究需要进行循环载荷实验。
实验过程中，需要控制载荷幅值、频率和温度等参数，并监测材料的疲劳寿命和裂纹扩展情况。
3. 微观结构分析对高周疲劳行为进行实验研究时，需要通过显微镜、扫描电镜和透射电镜等工具对材料的微观结构进行分析。
这些分析结果能够揭示材料的疲劳损伤机制和裂纹扩展路径等信息。
五、高周疲劳行为的模拟研究在实验研究的基础上，利用数值模拟方法对高周疲劳行为进行进一步分析。
数值模拟能够模拟材料在高温和循环载荷条件下的行为，并预测材料的疲劳寿命和裂纹扩展情况。
燃气轮机高温部件热疲劳行为研究
燃气轮机高温部件热疲劳行为研究燃气轮机是现代工业领域重要的能量转换设备，广泛应用于电力、石油、航空等领域。
燃气轮机的高温部件承受着严酷的工作环境，热疲劳是其最主要的失效模式之一。
因此，燃气轮机高温部件的热疲劳行为研究具有重要意义。
热疲劳是指当材料在高温条件下持续受到热循环加载时，由于热胀冷缩不均匀而引发的材料失效现象。
燃气轮机高温部件在运行过程中会经历频繁的温度波动，这些温度波动无疑加剧了热疲劳的发生。
了解热疲劳行为对于提高燃气轮机高温部件的可靠性和寿命具有重要意义。
热疲劳行为的研究涉及诸多方面的内容，包括材料本身的内部结构、温度梯度引起的应力、热循环引起的变形等。
材料的组织结构对于热疲劳行为具有重要影响。
燃气轮机高温部件通常采用镍基高温合金作为结构材料，该合金具有良好的高温强度和耐蠕变性能，适用于高温、高压和腐蚀等恶劣工况。
研究发现，镍基高温合金的晶界疏松度和晶内析出物的形态分布会对热疲劳寿命产生很大影响。
在实际应用中，燃气轮机高温部件常常需要承受高温和高应力的双重环境。
高温环境下，材料会发生各种热膨胀现象，导致应力产生。
这些应力会随着热循环的变化而变化，进而导致材料的疲劳破坏。
因此，对于燃气轮机高温部件的热载荷和应力状态进行准确的模拟和预测是研究其热疲劳行为的重要内容之一。
热疲劳寿命是评估燃气轮机高温部件耐久性能的重要指标。
通过实验和数值模拟等手段可以获得燃气轮机高温部件的热疲劳寿命。
实验方面，通常采用高温疲劳试验机对材料进行长时间的研究。
通过不同温度、不同加载条件下的实验，可以获得材料在不同工况下的热疲劳寿命。
数值模拟方面，使用有限元分析方法可以对燃气轮机高温部件的热疲劳行为进行预测和优化设计。
这些方法的综合应用可以提高燃气轮机高温部件的可靠性和寿命。
燃气轮机高温部件在长时间高温条件下的热疲劳行为研究需要考虑许多因素，如温度梯度、循环次数、加载幅值等。
这些因素的变化会直接影响热疲劳寿命。
在实际应用中，工程师们需要根据具体工况和材料特性来选择合适的热疲劳试验方案，并进行实验验证。
镍基高温合金材料的研究进展
镍基高温合金材料的研究进展一、本文概述镍基高温合金材料作为一种重要的金属材料，以其出色的高温性能、良好的抗氧化性和优异的力学性能，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛的应用。
随着科技的快速发展，对镍基高温合金材料的性能要求日益提高，其研究进展也备受关注。
本文旨在全面综述镍基高温合金材料的最新研究进展，包括其成分设计、制备工艺、组织结构、性能优化以及应用领域等方面，以期为未来镍基高温合金材料的进一步发展提供理论支持和指导。
本文首先介绍了镍基高温合金材料的基本概念和特性，概述了其在不同领域的应用现状。
随后，重点分析了镍基高温合金材料的成分设计原理，包括合金元素的选取与配比，以及如何通过成分调控优化材料的性能。
在制备工艺方面，本文介绍了近年来出现的新型制备技术，如粉末冶金、定向凝固、热等静压等，并探讨了这些技术对材料性能的影响。
本文还深入探讨了镍基高温合金材料的组织结构特点，包括相组成、晶粒大小、位错结构等，并分析了这些结构因素对材料性能的影响机制。
在性能优化方面，本文总结了通过热处理、表面处理、复合强化等手段提高镍基高温合金材料性能的研究进展。
本文展望了镍基高温合金材料在未来的发展趋势和应用前景，特别是在新一代航空航天发动机、核能发电、高温传感器等领域的应用潜力。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和借鉴，推动镍基高温合金材料的进一步发展和应用。
二、镍基高温合金的基础知识镍基高温合金，也称为镍基超合金，是一种在高温环境下具有优异性能的特殊金属材料。
它们主要由镍元素组成，并添加了各种合金元素，如铬、铝、钛、钽、钨、钼等，以优化其热稳定性、强度、抗氧化性、抗蠕变性和耐腐蚀性。
镍基高温合金的这些特性使其在航空航天、能源、石油化工等领域具有广泛的应用。
镍基高温合金之所以能够在高温环境下保持优异的性能，主要得益于其微观结构的特殊性质。
这些合金在固溶处理和时效处理后，会形成一系列复杂的金属间化合物，如γ'、γ''和γ'″等，这些化合物在基体中弥散分布，起到了强化基体的作用。
镍基高温合金的研究和应用
镍基高温合金的研究和应用王睿【摘要】镍基高温合金是通常以镍铬为合金基体,并根据具体需求加入不同的合金元素,从而形成的单一奥氏体基体组织.由于镍元素在化学稳定性、合金化能力和想稳定性上的优势,镍基高温合金相对于铁基和钴基高温合金具有更优异的高温强度、抗疲劳性能、抗热腐蚀性、组织稳定性等性能.经过几十年发展和完善,我国高温合金领域在合金设计方法、合金种类、冶炼和热处理工艺、工业化管理等方面均取得了较大的进展,而凭借其独特的优势,镍基高温合金已经成为当代航空航天和燃气轮机工业中地位最重要的高温结构材料.本文主要从常见镍基高温合金分类、冶炼工艺和处理方式、强化机理以及合金化等方面,简要介绍了镍基高温合金的主要研究进展和实际应用.%Nickel-base high-temperature alloys are usually made of nickel-chromium alloy and different alloy elements are added according to specific requirements, thus forming a single austenitic matrix. Because of the advantages of chemical stability, alloying ability and relative stability of nickel element, Nickel-base high-temperature alloys has more excellent high temperature strength, fatigue resistance, thermal properties, such as corrosion resistance, stability of the organization. After decades of development and improvement, the high temperature alloys in China have made great progress in the aspects of alloy design methods, alloy types, smelting and heat treatment processes, industrialization management, etc. With their unique advantages, Ni-based superalloys have become themost important high temperature structural materials in the aerospace and gas turbine industries. In this paper, the main research progress andpractical application of nickel-based superalloy are briefly introduced from the aspects of classification, smelting process and treatment, strengthening mechanism and alloying of common Ni-based superalloys.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】2页(P50-51)【关键词】镍基高温合金;航空航天【作者】王睿【作者单位】江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校江苏 213000【正文语种】中文【中图分类】T高温合金特指以镍、钴、铁或三者与铬的合金为基体,能够承受苛刻的机械应力和600℃以上高温环境的一类高温结构材料.它一般具有较高的室温和高温强度、良好的抗蠕变性能和疲劳性能、优良的抗氧化性和抗热腐蚀性能、优异的组织稳定性和使用可靠性.上个世纪50年代初,我国通过仿照前苏联,自主研制并生产了出第一款高温合金GH3030,从而拉开了我国对于高温合金研究和应用的序幕.20世纪60年代初,我国投入大量人力和物力研究高温合金等军工领域用材料,许多高温合金的研究和生产中心在此时得以建立,并且引进了大量的科研和检测设备.这一阶段,考虑到我国本身存在quot;缺钴少镍quot;的情况,因此我国在高温合金领域特别是铁基高温合金上取得了前所未有的突破,研究和生产均出具规模,生产了诸如GH4037、K417等多个牌号的高温合金.但是由于基体本身化学和物理性质的原因,铁基高温合金在多方面均远逊色与同成分的镍基高温合金,因此在改革开放后,镍基高温合金逐渐成为我国高温合金研究和生产的主体,通过全面紧扣镍原矿,引进欧美技术,我国在粉末镍基高温合金,单晶镍基高温合金和定向凝固柱晶高温合金等尖端领域均取得了重大突破,先后推出了FGH 系列粉末涡轮盘材料,第一、二代单晶镍基高温合金DD402、DD26等.本文主要从镍基高温合金常见分类、冶炼和制备工艺、强化机理和合金化、实际应用等几个方面来简要介绍了镍基高温合金的研究发展.镍基高温合金具有许多种类,通常按照成型工艺的不同,将其分为铸造高温合金和变形高温合金.铸造高温合金由铸造工艺制备,通常分为等轴晶、定向柱晶和单晶三种.而变形高温合金普遍由粉末工艺制备,分为粉末高温合金和弥散强化型高温合金,通常具有良好的冷热加工性能和力学性能.(1)粉末高温合金利用粉末冶金工艺制造而成的高温合金称为粉末高温合金.传统铸造-锻造工艺制成的高合金化高温合金,存在宏观偏析严重、难于成型、疲劳性低等缺点,因此在工艺生产中并未大规模使用.随着粉末工艺的推广,通过在真空或惰性气体气氛下,以制粉工艺将高合金化难变形高温合金制成细小粉末,再通过不同的成形法制成目标合金.由于晶粒细小、成分均匀、微观偏析轻微,故相对于传统铸造合金,粉末高温合金往往在热加工性能,屈服强度和疲劳强度等力学性能上均得到较大提升.目前我国常用的粉末高温合金主要有FGH系列等,其中80年代研制的FGH95是目前强度最高的粉末高温合金.(2)定向柱晶高温合金通过定向凝固技术,使得合金内的横向晶界被消除,制备出只保留了平行于主应力轴的单一晶界的合金称为定向柱晶高温合金.定向凝固柱晶工艺通过螺旋选晶器或籽晶法,只允许一个柱状晶生长,可制成消除一切晶界的单晶涡轮叶片或导向叶片.定向柱晶高温合金具有优异的高温强度和屈服强度,并且相较于单晶高温合金,工艺更为简单、制作成本和检验成本也更低,因此定向柱晶高温合金被广泛应用于涡轮叶片的制造.(3)单晶高温合金采用定向凝固工艺消除所有晶界的高温合金称为单晶高温合金.单晶高温合金同样采用定向凝固技术,但是在型壳设计上增加了单晶选择通道.由于合金内一切晶界被消除,合金化程度很高,其高温强度、疲劳性能等力学性能相对于等轴晶和定向柱晶高温合金有了大幅度的提高,因此在尖端航空领域,单晶高温合金得到广泛应用,比如美国F35战斗机涡轮叶片所采用的的即使第三代镍基单晶高温合金CMSX-10.但是单晶高温合计由于制造成本相对较高、工艺复杂,因此使用受到局限.不同种类的镍基高温合金采用的制备方式截然不同,定向柱晶高温合金和单晶高温合金均采用定向凝固技术,粉末高温合金采用粉末冶金工艺方法生产,而传统的铸造高温合金采用铸-锻工艺生产.粉末高温合金和单晶高温合金是时下应用最前沿的两类镍基高温合金,因此对于其制备方法的研究是具有直接代表意义的.(1)定向凝固技术制备单晶高温合金和定向柱晶高温合金通常采用定向凝固技术,二者差别在于单晶高温合金往往会增设单晶选择通道.现在常用的定向凝固技术有,高速凝固法(HRS)、液态金属冷却法(LMC)、发热剂法(EP)和功率降低法(PD)等,这其中高速凝固法和液态金属凝固冷却法是目前应用最广的制造工艺.高速凝固法(HRS)通过在加热区底部增设了隔热挡板,并且在水冷底盘添加水冷套,使浇注后型壳与加热器之间发生了相对移动,增大了挡板附近的温度梯度,从而实现细化组织,消除晶界各异性的目的.液态金属冷却法(LMC)则是通过加入一个冷却剂槽,通常以锡为冷却剂.当合金熔体浇注成型后,将其从加热器中移出并逐渐匀速浸入到液态锡冷却剂中,这样在合金凝固表面和内部形成了较大的温度梯度,促使晶粒以单一方向生长.通过控制诸如冷却剂温度、浸入速率等参数可以调整合金的晶粒尺寸.(2)粉末冶金工艺粉末冶金工艺通常分为粉末制备和粉末固结两个阶段.目前在实际生产中的粉末制备工艺主要采用气体雾化法和旋转电极法.气体雾化法又被称为AA法,首先将真空熔炼过的母合金加入到雾化设备中,在真空环境下进行重熔,熔解的合金经由漏嘴流出后,在高压气体流的冲击下被雾化成粉末,其中氩气是最常用的气体.旋转电极法则是将合金料在高速旋转,利用固定的钨电极产生等离子弧来连续熔化合金料,这样在离心力的作用下,形成的液滴飞出形成了细小的粉末.粉末制备成功后,需要进行固结以便成形.由于传统的高温合金粉末中往往含有难烧结且易氧化元素,因此在传统的直接烧结工艺下成形相当困难,必须引入高温高压气氛.目前常见的粉末固结方式有真空热压成形、热等静压成形、热挤压和锻造、电火花烧结等成型方法,其中热等静压和热挤压是国内常用的两个工艺.镍基高温合金的强化效应通常组织强化和工艺强化两种.第一种是因为高温合金中的合金元素和基体元素相互作用,引起组织的变化而产生的强化效应.工艺强化是通过改良生产工艺、处理方式、锻造工艺等来实现对高温合金性能的提升.众多强化方式中,合金化对于高温合金性能的改变尤为重要.镍可以通过固溶、形成第二相等方式与加入的合金元素相互作用,其中常见的合金元素有Cr,W,Mo,Re,Al,Ti,Ta,C,B,Zr和稀土元素等十余种合金元素,这些元素在合金中起着不同的作用.Cr是镍基高温合金中含量相对较高的一个元素,它以固溶态存在于基体中,从而改善镍基高温合金的抗氧化性和抗热腐蚀性.W和Mo通过提高扩散激活能,降低合金中的扩散,从而增强原子间结合力,提高合金的硬度和高温强度.Al 是最主要的γ'相形成元素,且在高温下能形成保护性的氧化膜,提高合金的抗氧化性能,因此Al也常被用于表面化处理.其他如C,B,Zr和稀土元素等微量元素,在镍基高温合金中的含量均在1%以下,但是也起着很强的作用.经过几十年的研究和发展,镍基高温合金虽已经在多个方面均取得较大的突破,但为了满足航空、航天领域对于高性能高温合金材料不断增加的需求,也为了应对相关领域的国际竞争,增加我国的制空竞争力,在以后得研究中仍得从以下几个方面加强:(1)建立和完善更有效的合金设计方法,通过调整合金元素的比例,改善制造工艺来得到强度更高,质量更轻,成本更低的镍基高温合金;(2)应该对尖端高温合金诸如第三代单晶高温合金、第五代粉末高温合金的研制,改善制备工艺,使得这类合金的性能和质量更加稳记录并完善合金的性能和数据;(3)要扩大应用范围,扩展对于民用燃气轮机中高温合金的研制和开发.总之,镍基高温合金是航空航天领域发展的核心关键,高温材料的强度决定了飞机发动机的推重比和性能,因此研究镍基高温合金是认识材料领域,了解我国乃至世界航空航天领域发展,探索我国国防事业的一块敲门砖.王睿,男,江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校;研究方向:材料类.【相关文献】[1]郭建亭.高温材料学[J].北京:科学出版社,2010.06.[2]张义文.粉末高温合金研究进展[J].中国材料进展,2013年第1期.[3]孙晓峰.镍基单晶高温合金研究进展[J].中国材料进展,2012年第12期.[4]王斌,Al对高温合金高温抗氧化性能的影响[J].材料热处理技术,2012年5月.。
不同温度下镍基单晶高温合金的低周疲劳性能
技术改造—308—不同温度下镍基单晶高温合金的低周疲劳性能薛庆增（海装沈阳局驻沈阳地区某军事代表室，辽宁 沈阳 110043）镍基单晶高温合金因具有非常优异的综合性能而成为先进航空发动机涡轮工作叶片和导向叶片的关键材料。
涡轮叶片作为航空发动机中的关键热端部件，服役时不同位置的温度差别较大，存在极其复杂的温度场，承受较大的热应力，同时还承受高离心力和高温交变载荷作用，因此常发生应变控制的低周疲劳失效。
为此，对一种Ni-Cr-Co-Mo-W-Ta-Nb-Re-Al-Hf-C 系单晶高温合金在800,980℃下的低周疲劳性能进行了研究，拟为单晶高温合金的工程应用提供参考。
1试样制备与试验方法在水冷型高温梯度真空感应单晶炉中制备Ni-Cr-Co-Mo-W -Ta-Nb-Re-Al-Hf-C 系单晶高温合金棒，采用Ｘ射线极图法测得合金的晶体取向为[001]取向，取向偏离角度保持在10°以内。
采用箱式电阻热处理炉对合金进行热处理，热处理工艺为1290℃×1h＋1300℃×2h＋1315℃×2h＋1330℃×6h 空冷＋1140℃×4h 空冷＋870℃×32h 空冷。
将热处理后试样加工成低周疲劳试样，采用DST-5型低周疲劳试验机对试样进行低周疲劳试验，试验温度分别为800，980℃，采用总应变控制法，加载应变速率为5×10-3s -1，应变比为-1，应力波形为三角形。
在100℃、质量分数为25%的高锰酸钾溶液中，利用水煮法去除疲劳断口表面的氧化皮，然后进行超声清洗，采用S4800型扫描电镜观察疲劳断口形貌。
在疲劳断口附近位置截取试样，采用双喷电解法制备透射试样，在JEM-2000FX 型透射电镜下观察位错形貌。
2试验结果与讨论2.1合金的低周疲劳寿命 在800，980℃下，合金的低周疲劳寿命（失效循环次数）均随总应变幅的增加而降低；总应变幅相同时，980℃下合金的疲劳寿命低于800℃下的；总应变幅较高时，2种温度下合金的疲劳寿命相差较小，总应变幅较低时，合金的疲劳寿命相差较大。
镍基高温合金的高温疲劳行为研究与改善
镍基高温合金的高温疲劳行为研究与改善在高温环境下，镍基高温合金广泛应用于航空、航天和能源等领域。
然而，由于高温下的复杂力学行为，镍基高温合金容易出现疲劳损伤，限制了其使用寿命和性能。
因此，研究和改善镍基高温合金在高温疲劳行为方面具有重要意义。
一、高温疲劳行为研究镍基高温合金在高温下发生的疲劳行为主要包括循环应力响应、循环应变累积和裂纹扩展等。
在实验研究中，采用试验曲线和断口形貌分析等方法来研究高温疲劳行为。
例如，通过拉伸和压缩试验得到的循环应力应变曲线可以反映材料的塑性行为和疲劳寿命。
此外，扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌可以揭示裂纹的形态和扩展机制。
二、高温疲劳行为的改善为了改善镍基高温合金的高温疲劳行为，可以从材料设计和热处理两方面进行优化。
（一）材料设计优化1. 添加强化相：通过添加强化相，如γ'相和硼等，可以增强镍基高温合金的力学性能，提高其抗疲劳性能。
2. 调整合金成分：调整合金的成分可以改变合金的晶体结构和相变温度，从而影响疲劳行为。
合理的合金成分设计能够提升材料的疲劳寿命。
（二）热处理优化1. 固溶处理：通过合适的固溶处理工艺，可以调节镍基高温合金的晶体组织和晶界强度，提高材料的疲劳性能。
2. 时效处理：通过时效处理，可以形成合适的析出相和弥散相，提高材料的强度和疲劳寿命。
三、未来发展方向当前，镍基高温合金的高温疲劳行为研究仍面临一些挑战。
为了更好地理解和改善高温疲劳行为，可以从以下几个方面进行深入研究：1. 力学行为研究：进一步研究高温下镍基高温合金的力学行为，揭示其循环应力和应变响应机制，为优化材料设计提供基础数据。
2. 微观组织研究：通过先进的显微分析技术，深入研究镍基高温合金的晶体结构、晶界性能和相变行为，为优化热处理工艺提供理论依据。
3. 材料模拟与计算研究：基于材料模拟与计算方法，预测镍基高温合金的高温疲劳寿命和裂纹扩展行为，提高设计效率和可靠性。
总结：镍基高温合金的高温疲劳行为研究与改善是当前材料科学领域的热点问题。
镍基高温合金材料研究进展汇总
镍基高温合金材料研究进展汇总第一篇：镍基高温合金材料研究进展汇总镍基高温合金材料研究进展姓名：李义锋镍基高温合金材料概述高温合金是指以铁、镍、钴为基，在高温环境下服役，并能承受严酷的机械应力及具有良好表面稳定性的一类合金[1]。
高温合金一般具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化性和抗热腐蚀性、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用的可靠性[2]。
因此，高温合金既是航空、航天发动机高温部件的关键材料，又是舰船、能源、石油化工等工业领域不可缺少的重要材料，已成为衡量一个国家材料发展水平的重要标志之一。
在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特殊重要的地位。
与铁基和钴基高温合金相比，镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性，广泛应用于制作航空喷气发动机和工业燃气轮机的热端部件。
现代燃气涡轮发动机有50%以上质量的材料采用高温合金，其中镍基高温合金的用量在发动机材料中约占40%。
镍基合金在中、高温度下具有优异综合性能，适合长时间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最广泛的、在所有超合金中许多冶金工作者最感兴趣的合金。
镍基高温合金主要用于航空航天领域950-1050℃下工作的结构部件，如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。
因此，研究镍基高温合金对于我国航天航空事业的发展具有重要意义。
镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50)、在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金[2]。
它是在Cr20Ni80合金基础上发展起来的，为了满足1000℃左右高温热强性(高温强度、蠕变抗力、高温疲劳强度)和气体介质中的抗氧化、抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，以保证其优越的高温性能。
除具有固溶强化作用，高温合金更依靠Al、Ti等与Ni形成金属问化合物γ′相(Ni3A1或Ni3Ti等)的析出强化和部分细小稳定MC、M23C6碳化物的晶内弥散强化以及B、Zr、Re等对晶界起净化、强化作用。
一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为
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镍基单晶高温合金力学性能各向异性的研究进展
镍基单晶高温合金力学性能各向异性的研究进展窦学铮;蒋立武;宋尽霞;赵云松【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2022(36)24【摘要】镍基单晶高温合金凭借优良的高温力学性能和组织稳定性而成为目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料,其力学性能各向异性对涡轮叶片的服役性能和安全可靠性至关重要,受到叶片设计师和制造专家的高度重视。
为了满足更严苛的使用要求,国内外都在不断研发新型的镍基单晶高温合金来提升叶片承温能力,但是对新型合金力学性能各向异性的研究还不是很全面,对新添加元素的作用机理也有待进一步的研究。
近些年来,国内外相关研究表明,镍基单晶高温合金力学性能各向异性与温度、应力等因素有关,不同的单晶合金表现出不同的规律。
镍基单晶高温合金的拉伸性能具有明显的各向异性,随着温度的升高,其原子扩散能力增强,开动滑移系的数量增多,拉伸性能的各向异性减弱。
随着合金成分中难熔元素含量的增加,滑移系的位错交截概率或变形协调性发生变化,合金表现出不同的拉伸性能各向异性。
在中温高应力条件下,合金蠕变性能存在显著的各向异性。
随着应力的升高,[001]取向的蠕变性能显著降低,[111]取向变化较小,这与应力变化对滑移系数量的影响有关。
随着难熔元素含量的增加,合金不同取向滑移系的开动和层错的形成更容易,从而影响蠕变性能的各向异性。
在高温低应力条件下,[111]取向蠕变性能较好,[001]和[011]取向较差,但蠕变各向异性减弱。
低周疲劳性能也具有明显的各向异性,[001]取向的疲劳寿命最长,[011]取向次之,[111]取向最短;而高周疲劳性能按[111]、[001]、[011]取向的顺序依次降低,主要与弹性模量、滑移系开动的数量和Schmid因子等因素有关。
本文详细介绍了镍基单晶高温合金拉伸、蠕变、疲劳等力学性能各向异性的研究进展,揭示了不同晶体取向合金的失效机理,分析了新型镍基单晶高温合金力学性能各向异性相关研究存在的问题并展望其前景,以期为未来镍基单晶高温合金在航空发动机涡轮叶片上的应用提供有益参考。
高温合金材料的高温疲劳行为研究
高温合金材料的高温疲劳行为研究近年来，高温合金材料在航空、航天、能源等领域的应用逐渐广泛。
然而，由于工作环境的极端和复杂性质，高温合金材料在高温下容易出现疲劳现象，限制了其使用寿命和可靠性。
因此，对高温合金材料的高温疲劳行为进行深入研究具有重要意义。
高温疲劳是材料在高温环境下连续受到变形与应力作用后，逐渐发生破坏的过程。
高温环境下，材料的结构与性能常常发生显著变化，包括晶粒长大、晶界迁移、相变等。
这些变化对材料的力学性能产生重大影响，从而导致高温疲劳行为的产生。
高温疲劳行为的研究需要综合考虑多个因素，如应力水平、应力波形以及温度等。
通过对这些因素的研究，可以获得高温疲劳寿命曲线和疲劳极限等重要指标。
这些指标对于高温合金材料的设计和应用具有重要意义。
其中，应力水平是影响高温疲劳寿命的关键因素之一。
在高温环境下，材料的强度和塑性常常随温度的升高而降低，因此，适当选择合适的应力水平对于延长高温疲劳寿命具有重要意义。
另外，应力波形也对高温疲劳行为起着重要的影响。
由于在高温条件下，材料的变形行为发生变化，传统的拉伸、压缩和弯曲等单一应力方式不再适用。
因此，研究不同应力波形对高温疲劳寿命的影响具有重要意义。
除了应力水平和波形外，温度是影响高温疲劳行为的另一个重要因素。
温度的升高可以导致材料的力学性能发生显著变化，如材料的强度、韧性等。
此外，高温环境下，材料的形变行为也会发生变化，包括材料的蠕变、松弛等。
这些变化的研究对于揭示高温合金材料的高温疲劳行为具有重要意义。
近年来，随着计算机仿真技术的快速发展，高温疲劳行为的数值模拟成为研究的重要手段之一。
利用有限元、分子动力学等方法可以模拟高温材料的变形和力学行为，以及相应的疲劳寿命曲线。
通过与实验结果的对比，可以验证和改进模型的准确性和可靠性。
总之，高温合金材料的高温疲劳行为研究对于延长其使用寿命和提高可靠性具有重要意义。
该领域的研究涉及多个因素，如应力水平、应力波形和温度等。
镍基耐蚀合金的高温低周疲劳行为研究
镍基耐蚀合金的高温低周疲劳行为研究随着工业技术的发展和对材料性能要求的不断提高，镍基耐蚀合金在高温环境下的应用越来越广泛。
然而，由于高温环境下的长期使用和循环载荷的作用，镍基耐蚀合金容易发生疲劳损伤，这对其安全可靠性带来了一定的挑战。
高温低周疲劳行为是镍基耐蚀合金在高温下疲劳失效的一种重要形式。
低周疲劳是指在高温下，载荷频率较低（一般小于1 Hz）且应力幅较大情况下的疲劳失效行为。
研究镍基耐蚀合金的高温低周疲劳行为，对于提高合金的疲劳寿命、延缓合金疲劳失效具有重要的意义。
在高温低周疲劳行为研究中，首先需要对合金的微观结构进行分析。
镍基耐蚀合金常常包含有大量的强化相，如γ’相和γ’’相，这些相的分布和形貌会对合金的高温低周疲劳性能产生重要影响。
合金中的强化相可以提高其抗蠕变性能，但也会影响其疲劳寿命。
因此，需要通过显微组织观察和分析手段，确定合金的强化相分布和形貌，以便深入理解合金的高温低周疲劳行为。
其次，应力-应变曲线是研究高温低周疲劳行为的重要指标。
通过对合金在高温下进行拉伸试验，可以得到应力-应变曲线，从而了解合金在高温下的力学性能。
在高温低周疲劳行为研究中，应力-应变曲线的取样是必不可少的，可以通过搭载相应仪器对合金进行加载、测试和采样。
通过对应力-应变曲线的分析，可以了解合金在高温下的力学行为，为后续疲劳实验奠定基础。
另外，在高温低周疲劳行为研究中，需要进行疲劳寿命测试。
通过对镍基耐蚀合金在高温和循环载荷下的疲劳实验，可以得到其疲劳曲线。
疲劳寿命是指材料在给定应力幅、频率和温度下能够承受的循环载荷次数。
通过对疲劳寿命的测试和分析，可以评估合金的高温低周疲劳性能。
这些实验数据为合金在实际工程应用中的选取和设计提供了重要依据。
最后，在高温低周疲劳行为研究中，需要分析研究合金的疲劳失效机制。
高温低周疲劳行为的失效机制一般可分为几个方面，包括微观裂纹的扩展、晶间和晶内腐蚀等。
通过对合金断口的观察和分析，可以确定合金的疲劳失效机制，为合金的设计和应用提供科学依据。
改型K417L镍基高温合金的热疲劳行为
显微镜 和扫描 电镜观 察 合金 的组 织 和 热疲 劳裂 纹 形 貌 ， 究热 疲 劳损 伤机 制 ． 果表 研 结
明： 晶界 及显微 组 织 的差 异 是造 成 改 型合 金 热 疲 劳性 能劣 于原 Ｋ １ Ｌ合 金 的 主要 原 ４７
因； 型合金 的热 疲劳主 裂纹主 要从 Ｖ形 缺 口处 萌生 ， 裂纹 和 二 次 裂 纹都 沿 晶界 扩 改 主 展 ， 纹沿 着或 穿过 ＭＣ碳化 物 ， 裂 高温 氧化是 影 响裂纹 生长 的主要 因素 ．
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其 燃机 叶 片在 使 用 过 程 中 ， 向叶 片处 于最 高 由于工作 温度 周 期 性 变 化 ， 材 料 内部 产 生 了反 导 从 温度 ， 直接 受燃烧 室 喷出 的燃气 温 度波 动 的影 响 ， 复变 化 的热 应 力 和 热 应 变 ， 而 引起 材 料 的热 疲 劳损伤 ， 常造 成 叶 片 因冷 热 疲 劳 而 开裂 ． 因此 ， 要
２ ．中 国科 学 院金 属 研 究 所 ， 宁 沈 阳 １０ １ ） 辽 １０６
摘 要 ： 用开有 Ｖ 形缺 口的 平板 试样 ， 究 了两种 不 同成 分 的改 型 Ｋ １Ｌ镍基 铸 造 利 研 ４７
高温合金材料高温疲劳行为研究
高温合金材料高温疲劳行为研究研究背景高温合金材料在航空、电力、石化等领域中扮演着重要的角色。
然而，高温工作环境下，这些材料会经历高温疲劳现象，导致材料的力学性能下降，甚至引发破坏。
因此，对高温合金材料的高温疲劳行为进行研究具有重要的理论和实践意义。
研究目标本研究的目标是探究高温合金材料在高温环境下的疲劳行为，并提出相应的改善措施，以提高材料的可靠性和使用寿命。
研究方法1. 材料制备：选择具有高温工作特性的合金材料作为研究对象，通过常规的冶金方法制备样品，确保样品的均匀性和一致性。
2. 高温疲劳实验：利用高温疲劳实验机对样品进行高温下的疲劳加载，记录材料在不同温度和加载条件下的应力应变曲线。
3. 微观组织分析：采用金相显微镜、扫描电子显微镜等技术对疲劳后的材料进行观察和分析，探究疲劳过程中材料的微观组织演变。
4. 机理研究：通过扩展位错、裂纹萌生和扩展等研究方法，分析高温疲劳过程中的机理，并建立相应的数学模型，以预测材料的疲劳寿命。
5. 材料改善措施：根据研究结果，结合材料表面处理、工艺参数优化等措施，提出改善高温合金材料高温疲劳行为的方法。
研究内容1. 高温疲劳寿命研究：通过实验和分析，确定高温合金材料在不同温度和应力条件下的疲劳寿命，并建立相应的寿命预测模型。
2. 疲劳断裂机制研究：研究高温合金材料在高温疲劳过程中的裂纹萌生和扩展机制，探究其与疲劳寿命的关系。
3. 微观组织演变研究：通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察和分析材料的微观组织演变过程，揭示高温疲劳的变形和破坏机制。
4. 材料改善措施研究：结合材料表面处理、工艺参数优化等方法，改善高温合金材料的高温疲劳行为，提高材料的可靠性和使用寿命。
研究意义1.理论意义：通过对高温合金材料高温疲劳行为的研究，可以深入理解材料在高温环境下的损伤和破坏机制，为材料设计和工程应用提供理论依据。
2.实践意义：研究结果可用于优化高温合金材料的设计和制备工艺，提高材料的性能，延长材料的使用寿命，降低设备故障率，减少生产成本。
k417热处理工艺
k417热处理工艺
K417是一种特殊的镍基高温合金，广泛用于制造航空发动机和燃气轮机的部件。
K417合金的热处理工艺对于保证其机械性能和耐高温性能至关重要。
k417热处理工艺：
热处理：K417合金通常需要进行适当的热处理，以达到所需的性能。
这可能包括固溶处理、时效处理等热处理工艺，以提高其强度和耐久性。
1.固溶处理：固溶处理是加热合金到高温（一般在1040°C到1150°C之间），并在此温度下保持一段时间，以便合金中的各种元素充分溶解，形成均匀的固溶体。
然后，快速冷却（通常是水淬或空气冷却），以防止析出相的形成。
2.时效处理：时效处理是在较低的温度下进行的（比如760°C到870°C），目的是使合金中的析出相（如γ'和相）均匀地沉淀出来，从而增强合金的强度和抗蠕变能力。
时效处理可能包括一次或多次加热和保温。
3.冷却：通常在时效处理后进行缓慢冷却，以优化材料的力学性能。
这些热处理步骤对于K417合金的性能至关重要，因为它们影响材料的微观结构和相组成，从而决定了其机械性能和耐高温性能。
不同的应用和特定要求可能需要对这些标准步骤进行微调。
需要注意的是，热处理的具体参数（如温度、时间等）取决于合金的具体成分和所需的性能。
为了获得最佳的性能，这些参数需要精确控制。
某镍基高温合金应变疲劳行为研究
III
本科毕业设计论文
目 录
第一章 综述.................................................................................................................. 1 1.1 引言 ...................................................................................................................... 1 1.2 疲劳概述.............................................................................................................. 1 1.2.1 疲劳研究的背景及意义............................................................................... 1 1.2.2 疲劳的分类及影响因素............................................................................... 2 1.2.3 疲劳破坏的特点和机理................................................................................ 4 1.3 低周（应变）疲劳.............................................................................................. 7 1.3.1.低周疲劳的研究背景及现状........................................................................ 7 1.3.2 循环应力应变响应....................................................................................... 8 1.4 低周疲劳寿命模型 ............................................................................................ 10 1.4.1. 等应变/应力模型 ...................................................................................... 10 1.4.2.基于能量的疲劳模型.................................................................................. 10 1.5 镍基高温合金 .................................................................................................... 12 1.5.1 发展过程...................................................................................................... 12 1.5.2 成分和性能.................................................................................................. 12 第二章 试验材料及试验方法 ................................................................................... 14 2.1 试验材料及试验设备 ........................................................................................ 14 2.2 试验方法 ............................................................................................................ 14 2.2.1 试验参数的选择.......................................................................................... 14 2.2.2 试验程序的编制.......................................................................................... 15 2.2.3 试验数据的采集.......................................................................................... 17 2.3.试验数据处理 .................................................................................................... 17 第三章 试验结果分析 ............................................................................................... 19 3.1. 循环应力响应行为分析................................................................................... 19 3.2 MANSON-COFFIN公式参数分析......................................................................... 22 3.3 循环应力- 应变曲线参数分析........................................................................... 27 3.4 通过郑公式分析温度对低周疲劳性能的影响 ................................................ 29 第四章 结论................................................................................................................ 32 参考文献...................................................................................................................... 33 致 谢............................................................................................................................ 34 毕业设计小结.............................................................................................................. 35
铸造镍基高温合金K417G中高温拉伸断裂机理研究
铸造镍基高温合金K417G中高温拉伸断裂机理研究
鲍俊;玄伟东;樊志明;曹后帆;李寒松;王保军;任忠鸣
【期刊名称】《铸造》
【年(卷),期】2024(73)4
【摘要】研究了高温合金K417G热等静压热处理后700℃和950℃时拉伸的断裂机制,使用万能试验机进行中高温拉伸试验,通过扫描电子显微镜对组织、断口形貌、断口纵截面进行观察。
结果表明:热处理后试样枝晶形貌明显,枝晶干上γ′相立方度较高,尺寸为0.4~0.5μm,且排列整齐,枝晶间有尺寸为1.5~2.6μm的花瓣形γ′相析出。
与700℃时试样的拉伸性能相比,950℃时抗拉强度降低了46.3%,而伸长率提
高了200%,这说明高温拉伸强度降低,塑性增加。
中温拉伸时,枝晶间长条形碳化物是断裂的主要裂纹源及扩展通道。
而高温拉伸时,晶界处的碳化物、共晶成为裂纹源,裂纹沿晶界扩展,形成了沿晶断裂形貌。
【总页数】5页(P476-480)
【作者】鲍俊;玄伟东;樊志明;曹后帆;李寒松;王保军;任忠鸣
【作者单位】中国航发商用航空发动机有限责任公司;上海大学省部共建高品质特
殊钢冶金与制备国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG132.32
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利用喷丸再结晶方法提高K417合金的疲劳寿命
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王东林;李家宝;金涛;魏政;胡壮麒;付立群;刘世锋
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2006(35)8
【摘要】K417镍基高温合金是我国广泛应用于制造航空发动机涡轮叶片的材料。
研究了采用喷丸再结晶方法提高K417合金疲劳寿命的可行性。
实验结果表明,该方法可以有效提高K417合金在650℃大气条件下的疲劳寿命。
利用扫描电镜对试样断口进行了观察和分析,并对疲劳寿命提高机制进行了讨论。
【总页数】5页(P1294-1298)
【关键词】K417合金;喷丸;再结晶;疲劳寿命
【作者】王东林;李家宝;金涛;魏政;胡壮麒;付立群;刘世锋
【作者单位】中国科学院金属研究所;沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司;沈阳职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.57
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