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Molecular dynamics study of mosaic structure in the Ni-based single-crystal superalloy 被引量:1
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作者 朱弢 王崇愚 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第9期2087-2091,共5页
The mosaic structure in a Ni-based single-crystal superalloy is simulated by molecular dynamics using a potential employed in a modified analytic embedded atom method. From the calculated results we find that a closed... The mosaic structure in a Ni-based single-crystal superalloy is simulated by molecular dynamics using a potential employed in a modified analytic embedded atom method. From the calculated results we find that a closed threedimensional misfit dislocation network, with index of (011){100} and the side length of the mesh 89.6A, is formed around a cuboidal γ′ precipitate. Comparing the simulation results of the different mosaic models, we find that the side length of the mesh only depends on the lattice parameters of the γ and γ′ phases as well as the γ/γ′ interface direction, but is independent of the size and number of the cuboidal γ′ precipitate. The density of dislocations is inversely proportional to the size of the cuboidal γ′ precipitate, i.e. the amount of the dislocation is proportional to the total area of the γ/γ′ interface, which may be used to explain the relation between the amount of the fine γ′ particles and the creep rupture life of the superalloy. In addition, the closed three-dimensional networks assembled with the misfit dislocations can play a significant role in improving the mechanical properties of superalloys. 展开更多
关键词 Ni-based single-crystal superalloy mosaic structure molecular dynamics simulation
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The ternary Ni–Al–Co embedded-atom-method potential for γ/γ Ni-based single-crystal superalloys: Construction and application 被引量:1
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作者 杜俊平 王崇愚 于涛 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第3期224-231,共8页
An Ni-AI-Co system embedded-atom-method potential is constructed for the γ(Ni)/γ'(Ni3A1) superalloy based on experiments and first-principles calculations. The stacking fault energies (SFEs) of the Ni(Co, A1... An Ni-AI-Co system embedded-atom-method potential is constructed for the γ(Ni)/γ'(Ni3A1) superalloy based on experiments and first-principles calculations. The stacking fault energies (SFEs) of the Ni(Co, A1) random solid solutions are calculated as a function of the concentrations of Co and A1. The calculated SFEs decrease with increasing concentrations of Co and A1, which is consistent with the experimental results. The embedding energy term in the present potential has an important influence on the SFEs of the random solid solutions. The cross-slip processes of a screw dislocation in homogenous Ni(Co) solid solutions are simulated using the present potential and the nudged elastic band method. The cross-slip activation energies increase with increasing Co concentration, which implies that the creep resistance of γ(Ni) may be improved by the addition of Co. 展开更多
关键词 interatomic interaction potential embedded-atom method Ni-based single-crystal superalloys
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基于机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测模型研究
3
作者 杜晓明 陆瑶 刘纪德 《沈阳理工大学学报》 CAS 2025年第1期44-50,共7页
构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组... 构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组织和蠕变工艺参数的关系模型,为镍基单晶高温合金的蠕变性能调控提供了新方法。基于蠕变寿命预测模型,系统地比较了四种算法和特征选择对模型性能的影响。结果表明,支持向量机回归模型的预测结果最优,相关性较高的四个特征依次为γ′固溶温度、Ta、W、Re。研究结果可为获得更有效的镍基单晶高温合金蠕变性能预测方法提供参考。 展开更多
关键词 机器学习 镍基单晶高温合金 特征选择 蠕变寿命
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喷丸强度对DD6单晶高温合金表面完整性的影响
4
作者 盖鹏涛 武赟华 +2 位作者 曹子文 魏大盛 付雪松 《航空材料学报》 北大核心 2025年第1期53-61,共9页
单晶涡轮叶片作为航空发动机关键部件,其服役寿命与表面完整性紧密相关,通常需要对其表面进行喷丸强化以满足性能需求。基于此,本工作采用表面轮廓仪、扫描电镜、显微硬度仪和应力测定仪等,系统研究了喷丸前和不同喷丸强度(0.15、0.2 mm... 单晶涡轮叶片作为航空发动机关键部件,其服役寿命与表面完整性紧密相关,通常需要对其表面进行喷丸强化以满足性能需求。基于此,本工作采用表面轮廓仪、扫描电镜、显微硬度仪和应力测定仪等,系统研究了喷丸前和不同喷丸强度(0.15、0.2 mmA和0.25 mmA)处理对DD6单晶高温合金的表面形貌及粗糙度、近表层微观组织、硬度和残余应力等表面完整性指标的影响规律。结果表明:喷丸强化后的DD6单晶高温合金表面原始机加工痕迹减弱,合金表面粗糙度由0.15mmA试样的0.507μm增大到0.25mmA的0.883μm;在近表面产生了一层梯度塑性变形层,剧烈变形层深度由0.15 mmA试样的45μm逐渐增大到0.25 mmA的98μm;表面硬度值由原始机加工试样490HV逐渐增大到0.25 mmA的738HV,硬化层深度也达到260μm;合金在0.2 mmA喷丸强度下表面残余压应力达到最大,约为-821.2MPa。 展开更多
关键词 DD6单晶高温合金 喷丸强化 表面完整性 残余应力 塑性变形
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两种镍基单晶高温合金组织演变和再结晶行为
5
作者 徐福泽 蔺永诚 +5 位作者 马德新 何道广 赵运兴 李侣 程博文 邓阳丕 《材料工程》 北大核心 2025年第1期110-120,共11页
以单晶高温合金CMSX-4和DD5为研究对象,设计并制备了一种含5级平台的单晶试板铸件,选取晶体取向基本相同的铸件研究其在经1300℃/2 h和1310℃/4 h两种固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:CMSX-4比DD5具有更强的再结晶倾向。经1300℃固... 以单晶高温合金CMSX-4和DD5为研究对象,设计并制备了一种含5级平台的单晶试板铸件,选取晶体取向基本相同的铸件研究其在经1300℃/2 h和1310℃/4 h两种固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:CMSX-4比DD5具有更强的再结晶倾向。经1300℃固溶热处理后,CMSX-4单晶试板在第2~5级平台下端转角处均出现了再结晶现象,且随着固溶热处理温度的升高,再结晶的面积越大。而DD5单晶试板经1300℃固溶热处理后并未出现再结晶现象,当固溶温度升至1310℃时,仅在第4级外侧平台发现了较小面积的再结晶。铸态和固溶热处理态的CMSX-4合金显微缩孔和共晶组织含量均大于DD5合金。更高含量的共晶组织和显微缩孔为CMSX-4铸件提供了更多的再结晶形核位置和数量,而高于γ′相溶解温度的固溶热处理减弱了粗大γ′相对再结晶长大的钉扎阻碍作用,高熔点的碳化物以及残余共晶成为阻碍再结晶长大的重要影响因素。此外,高含量的Co元素降低了CMSX-4合金的层错能,使其表现出更高的再结晶倾向。 展开更多
关键词 单晶高温合金 CMSX-4 DD5 再结晶 塑性应变
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渗铝涂层对DD6单晶高温合金疲劳性能的影响
6
作者 董建民 李嘉荣 +1 位作者 甄真 许振华 《材料工程》 北大核心 2025年第1期65-71,共7页
为研究渗铝涂层对DD6合金表面完整性和旋转弯曲高周疲劳性能的影响,采用化学气相沉积(CVD)方法在标准热处理的DD6合金疲劳试样上渗铝,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了渗铝涂层后DD6合金试样横截面组织形貌及元素分布情况,然后分... 为研究渗铝涂层对DD6合金表面完整性和旋转弯曲高周疲劳性能的影响,采用化学气相沉积(CVD)方法在标准热处理的DD6合金疲劳试样上渗铝,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了渗铝涂层后DD6合金试样横截面组织形貌及元素分布情况,然后分别测试未涂层和涂层后试样760℃与980℃的旋转弯曲高周疲劳性能。结果表明:渗铝涂层后试样表层区域主要分为内外两层,外层主要由β-NiAl相组成,内层为扩散层,含有较多固溶强化元素。渗铝涂层会略微降低合金760℃和980℃的旋转弯曲高周疲劳性能,但对高应力幅区的疲劳寿命影响较大,对低应力幅区的疲劳寿命影响较小。表面粗糙度差异、氧化损伤和元素互扩散等因素耦合作用是导致未涂层和涂层试样疲劳寿命差异的本质原因。 展开更多
关键词 DD6 渗铝涂层 疲劳 单晶高温合金
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第三代单晶高温合金WZ30的凝固组织研究
7
作者 赵运兴 马德新 +4 位作者 魏剑辉 员莹莹 徐维台 李侣 邓阳丕 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期478-486,共9页
采用螺旋选晶法制备国产第三代单晶高温合金WZ30的单晶试棒,对其铸态组织进行研究,利用电子探针分析铸件中的元素偏析,测算WZ30单晶铸件中各合金元素的分凝系数,并与第二代单晶合金CMSX-4进行对比。研究结果表明:WZ30合金铸件中出现了... 采用螺旋选晶法制备国产第三代单晶高温合金WZ30的单晶试棒,对其铸态组织进行研究,利用电子探针分析铸件中的元素偏析,测算WZ30单晶铸件中各合金元素的分凝系数,并与第二代单晶合金CMSX-4进行对比。研究结果表明:WZ30合金铸件中出现了更为严重的雀斑形成倾向和更多的γ/γ′共晶组织。经EBSD检测,γ/γ′共晶团与γ基体的晶体取向保持一致,说明枝晶间的共晶组织是在γ基体上形核并长大的。枝晶臂中的元素分布并不是连续渐变,而是存在台阶式的突变,表明在凝固过程中,枝晶臂的长大是分阶段进行的。由于合金中添加了更多的高偏析难熔元素Re,大部分合金元素的偏析更为严重,从而导致铸态组织中雀斑形成倾向和共晶含量的增加。 展开更多
关键词 第三代单晶高温合金 定向凝固 微观组织 共晶 元素偏析
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第三代单晶高温合金DD9显微组织薄壁效应
8
作者 杨万鹏 李嘉荣 +5 位作者 刘世忠 赵金乾 王效光 杨亮 王锐 陈巧 《材料工程》 北大核心 2025年第1期55-64,共10页
采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、电子探针仪研究第三代单晶高温合金DD9不同试样(双层壁超冷涡轮叶片、复合气冷涡轮叶片、精铸薄壁试样以及圆柱试棒)的显微组织及其薄壁效应。结果表明:四种试样的显微组织均存在差异。截面尺寸... 采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、电子探针仪研究第三代单晶高温合金DD9不同试样(双层壁超冷涡轮叶片、复合气冷涡轮叶片、精铸薄壁试样以及圆柱试棒)的显微组织及其薄壁效应。结果表明:四种试样的显微组织均存在差异。截面尺寸相同时,DD9单晶涡轮叶片的铸态一次枝晶间距、γ′相尺寸及铸态与热处理态试样枝晶偏析均大于精铸薄壁试样;完全热处理后,截面尺寸相同的单晶涡轮叶片与精铸薄壁试样的γ′相尺寸相近。随截面尺寸减小,DD9合金薄壁试样铸态一次枝晶间距、铸态与热处理态γ′相尺寸及枝晶偏析均呈减小趋势。 展开更多
关键词 第三代单晶高温合金 DD9 涡轮叶片 截面尺寸 薄壁效应
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The effects of combining alloying elements on the elastic properties of γ-Ni in Ni-based superalloy:High-throughput first-principles calculations
9
作者 路宝坤 王崇愚 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第7期450-462,共13页
Using high-throughput first-principles calculations, we systematically studied the synergistic effect of alloying two elements (AI and 28 kinds of 3d, 4d, and 5d transition metals) on the elastic constants and elast... Using high-throughput first-principles calculations, we systematically studied the synergistic effect of alloying two elements (AI and 28 kinds of 3d, 4d, and 5d transition metals) on the elastic constants and elastic moduli of γ-Ni. We used machine learning to theoretically predict the relationship between alloying concentration and mechanical properties, giving the binding energy between the two elements. We found that the ternary alloying elements strengthened the 7 phase in the order of Re 〉 Ir 〉 W 〉 Ru 〉 Cr 〉 Mo 〉 Pt 〉 Ta 〉 Co. There is a quadratic parabolic relationship between the number of d shell electrons in the alloying element and the bulk modulus, and the maximum bulk modulus appears when the d shell is half full. We found a linear relationship between bulk modulus and alloying concentration over a certain alloying range. Using linear regression, we found the linear fit concentration coefficient of 29 elements. Using machine learning to theoretically predict the bulk modulus and lattice constants of Ni32XY, we predicted values close to the calculated results, with a regression parameter of R2 = 0.99626. Compared with pure Ni, the alloyed Ni has higher bulk modulus B, G, E, Cll, and C44, but equal Cl2. The alloying strengthening in some of these systems is closely tied to the binding of elements, indicating that the binding energy of the alloy is a way to assess its elastic properties. 展开更多
关键词 Ni-based single crystal superalloy high-throughput calculations first-principles calculations elas-tic properties
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An Elasticity Model Considering Grain Boundaries and Tensile Orientations for Directionally Solidified Superalloys
10
作者 XIAO Jianfeng ZHANG Hongjian +1 位作者 WEN Weidong CUI Haitao 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2019年第4期652-662,共11页
In order to investigate the elastic properties of directionally solidified(DS)superalloys,an elasticity model called boundaries elastic model(GBE model),considering grain boundaries and tensile orientations,is propose... In order to investigate the elastic properties of directionally solidified(DS)superalloys,an elasticity model called boundaries elastic model(GBE model),considering grain boundaries and tensile orientations,is proposed in this paper.Two assumptions are adopted in the GBE model:(1)The displacement of grains,which moves along the perpendicular direction,is restricted by the grain boundaries;(2)Grain boundaries influence region(GBIR)is formed around the grain boundaries.Based on the single crystal(SC)calculation method of elastic properties,the GBE model can well predict macroscopic equivalent elastic modulus(Young’s modulus)of DS superalloys under different tensile orientations effectively.To demonstrate the correctness of the GBE model,3D finite element simulation is adopted and tensile experiments on a Ni3Al?base DS superalloy(IC10)along five tensile orientations are carried out.Meanwhile,the grain boundaries are observed by light microscopy and transmission electron microscope(TEM).Therefore,the GBE model is proved to be feasible by comparing the simulated results with the experiments. 展开更多
关键词 directionally solidified superalloys single crystal Young’s modulus grain boundaries
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镍基单晶高温合金近服役环境性能研究进展 被引量:1
11
作者 刘静 王莉 +4 位作者 于明涵 闵师领 李佳声 董加胜 楼琅洪 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期891-901,共11页
航空发动机与燃气轮机作为国之重器,对保障国防安全和能源安全具有重要意义。随着发动机效率的不断提升,涡轮进气口温度不断提高。先进叶片往往采用高代次单晶高温合金材料制备,具有薄壁、多孔复杂冷却结构,且表面涂覆先进涂层,因而先... 航空发动机与燃气轮机作为国之重器,对保障国防安全和能源安全具有重要意义。随着发动机效率的不断提升,涡轮进气口温度不断提高。先进叶片往往采用高代次单晶高温合金材料制备,具有薄壁、多孔复杂冷却结构,且表面涂覆先进涂层,因而先进单晶叶片结构越来越精细复杂,服役过程中叶片不同部位温度场、应力场分布变化更大,其损伤机制无法通过传统棒状试样的变形损伤机制完全体现。基于先进单晶叶片的结构特点及服役环境特点,综述了叶片结构(薄壁、气膜孔)、二次枝晶取向(二次取向)及先进涂层等单一因素及多因素耦合作用对单晶合金拉伸、蠕变及疲劳等典型性能的影响规律及损伤机理研究,并对镍基单晶高温合金近服役环境性能研究的发展方向进行展望。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 薄壁 二次取向 气膜孔 涂层
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激光定向能量沉积DD405单晶高温合金的裂纹形成机制研究
12
作者 李金国 郭以沫 +5 位作者 卢楠楠 朱泓雨 梁静静 张光睿 周亦胄 孙晓峰 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第17期20-29,共10页
采用激光定向能量沉积技术制备了第二代单晶高温合金DD405薄壁结构,通过试验和理论相结合的手段对单晶高温合金在激光定向能量沉积过程中的热裂纹形成机制进行分析和探究。结果表明,热裂纹的形成是由应力集中、液膜稳定性和碳化物析出相... 采用激光定向能量沉积技术制备了第二代单晶高温合金DD405薄壁结构,通过试验和理论相结合的手段对单晶高温合金在激光定向能量沉积过程中的热裂纹形成机制进行分析和探究。结果表明,热裂纹的形成是由应力集中、液膜稳定性和碳化物析出相3个因素所决定的。由于激光定向能量沉积过程的逐层叠加,残余应力随着沉积高度递增,因此沉积区存在高水平的残余拉应力。沉积区的晶界处会出现显著的应力集中,液膜在两侧拉应力作用下发生撕裂导致裂纹萌生。液膜稳定性与相邻晶粒间的晶界角度密切相关,当大角晶界大于40°时,会在拉应力的驱动下形成热裂纹。MC型碳化物析出相通过“钉扎作用”抑制液相补缩及弱化与基体之间结合强度等作用进一步促进了热裂纹形成。 展开更多
关键词 单晶高温合金 热裂纹 激光定向能量沉积 残余应力 薄壁结构
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精密车削镍基单晶高温合金去除机理仿真与实验
13
作者 周云光 王书海 +1 位作者 陈晗 李明 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1452-1458,共7页
为了探究精密车削镍基单晶高温合金微观尺度去除机理,首先,基于大规模原子/分子并行模拟器的分子动力学仿真法对仿真体系物理特性进行分析后,建立了金刚石刀具车削镍基单晶的车削仿真模型,并利用开源可视化工具分析得到了镍基单晶仿真... 为了探究精密车削镍基单晶高温合金微观尺度去除机理,首先,基于大规模原子/分子并行模拟器的分子动力学仿真法对仿真体系物理特性进行分析后,建立了金刚石刀具车削镍基单晶的车削仿真模型,并利用开源可视化工具分析得到了镍基单晶仿真车削过程中车屑的形成机制.然后,进行了镍基单晶高温合金车削去除机理实验研究,通过对车削镍基单晶高温合金亚表面微观组织的透射形貌和衍射分析,证实了去除机理仿真分析所得结果的准确性.仿真和实验结果表明,镍基单晶高温合金车削塑性去除机理为非晶演变型结构损伤、位错趋稳层错结构损伤和多晶相变结构损伤. 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 精密车削 去除机理 分子动力学仿真 结构演变
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小角中子散射原位热力耦合加载装置 被引量:2
14
作者 陈忠 李天富 +9 位作者 王子军 闫士博 刘荣灯 李眉娟 胡文耀 邹之全 杨宇辰 刘蕴韬 孙凯 陈东风 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期211-217,共7页
热力耦合近工况条件下材料微观结构的原位实验研究,对于深入理解材料服役性能演化机制十分重要,可给出样品微观上的纳米结构尺度分布。为充分发挥小角中子散射统计性好、取样体积大可开展原位实验等优势,本文基于中国先进研究堆小角中... 热力耦合近工况条件下材料微观结构的原位实验研究,对于深入理解材料服役性能演化机制十分重要,可给出样品微观上的纳米结构尺度分布。为充分发挥小角中子散射统计性好、取样体积大可开展原位实验等优势,本文基于中国先进研究堆小角中子散射谱仪,设计并研制了一台高温和拉力同时加载的原位实验装置,并实现了高温高压下原位测量材料的纳米尺度形貌变化。实验测试结果表明,装置最大载荷可达20 kN,最高温度800℃,控温精度优于±1℃。利用该装置对镍基单晶高温合金样品进行了原位小角中子散射测试,发现温度拉力条件下样品内部纳米结构的明显变化,表明基于该装置可开展热力耦合加载下的原位小角中子散射实验。该装置及其相应实验方法,可用于核电不锈钢等多种高温结构材料的原位加载实验研究,提供微观结构演化数据。 展开更多
关键词 中国先进研究堆 小角中子散射 原位热力耦合 镍基单晶高温合金
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气膜孔对DD6镍基单晶高温合金高周疲劳强度的影响研究 被引量:1
15
作者 卢绪平 王跃 +3 位作者 陈墨 江荣 何云 宋迎东 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期198-206,共9页
气膜孔因其特殊的几何构型,在提升涡轮叶片冷却效率的同时,孔边往往存在较为明显的应力集中现象,导致叶片的高周疲劳(High Cycle Fatigue,HCF)失效。因此,本文开展了900℃下振动疲劳试验,以评估圆柱型和簸箕型气膜孔对DD6镍基单晶高温... 气膜孔因其特殊的几何构型,在提升涡轮叶片冷却效率的同时,孔边往往存在较为明显的应力集中现象,导致叶片的高周疲劳(High Cycle Fatigue,HCF)失效。因此,本文开展了900℃下振动疲劳试验,以评估圆柱型和簸箕型气膜孔对DD6镍基单晶高温合金高周疲劳强度的影响,并通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和能谱仪(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)分析气膜孔模拟件HCF失效机理。研究发现孔边氧化层在交替载荷作用下存在均布开裂现象,形成尖角,最终导致裂纹萌生,并沿着{111}滑移面扩展。通过有限元仿真分析了孔边应力应变分布,结合临界距离理论,建立了气膜孔高周疲劳强度评估方法和基于疲劳缺口系数经验公式的气膜孔高周疲劳强度预测方法。结果表明:簸箕型气膜孔的高周疲劳强度为298.03 MPa,圆柱型气膜孔高周疲劳强度为321.35 MPa;气膜孔高周疲劳强度预测误差在10%以内。所建立的含异型气膜孔的DD6单晶高温合金高周疲劳强度评估、预测方法可为航空发动机涡轮叶片膜冷却结构疲劳性能的设计和评估提供技术支持。 展开更多
关键词 单晶高温合金 气膜孔 应力集中 高周疲劳 疲劳强度预测
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叶片排列方式对一种第四代单晶高温合金叶片杂晶影响的数值模拟研究
16
作者 撒世鹏 杨文超 +2 位作者 秦嘉润 张军 刘林 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期871-878,共8页
针对组模生产第四代单晶高温合金叶片时由于温度场不均匀导致的缘板杂晶问题,采用有限元模拟软件ProCAST对叶片在组模中以不同方式排列时凝固过程的温度场和晶粒组织进行模拟计算,并且分析了添加引晶杆对杂晶的影响。结果表明,在组模生... 针对组模生产第四代单晶高温合金叶片时由于温度场不均匀导致的缘板杂晶问题,采用有限元模拟软件ProCAST对叶片在组模中以不同方式排列时凝固过程的温度场和晶粒组织进行模拟计算,并且分析了添加引晶杆对杂晶的影响。结果表明,在组模生产时,由于中柱的保温作用小,导致横向温度场不均匀,叶片以0°排列时,缘板边角靠近中柱,其凝固过程中温度下降较快,会在边角形成大的过冷,同时凝固过程的温度梯度较小,枝晶生长慢,杂晶的形成倾向最大。随着排列角度的增加,横向温度场的不均匀性得到改善,但由于第四代合金形核过冷度小,在缘板位置都会有杂晶形成。添加引晶杆可以消除缘板杂晶,但对于叶片以0°排列时,由于叶片进气边靠近中柱,会在引晶杆内产生杂晶。叶片以90°排列时,横向温度场较为均匀,添加的引晶杆内不会产生杂晶,同时组模直径小,可以降低对炉体型腔的尺寸要求,有望成为生产高代次单晶叶片的最优排列方式。 展开更多
关键词 高温合金 单晶叶片 杂晶 定向凝固 数值模拟
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热障涂层与单晶高温合金互扩散控制方法研究进展
17
作者 李崎顺 姚红蕊 +3 位作者 王娜 鲍泽斌 朱圣龙 王福会 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期94-103,共10页
目前,二代及更高级单晶涡轮叶片的表面服役温度已达到1050℃以上,因此涂层与基体间的元素互扩散十分严重。互扩散不仅会消耗涂层中的有益元素,降低涂层服役寿命,而且会在单晶基体中形成二次反应区,严重损害单晶基体的力学性能。扩散障... 目前,二代及更高级单晶涡轮叶片的表面服役温度已达到1050℃以上,因此涂层与基体间的元素互扩散十分严重。互扩散不仅会消耗涂层中的有益元素,降低涂层服役寿命,而且会在单晶基体中形成二次反应区,严重损害单晶基体的力学性能。扩散障和低互扩散性涂层是控制热障涂层与单晶基体间元素互扩散的有效方法。结合国内外最新研究进展,本文首先对扩散障的设计原理、基本特性以及分类作简要介绍,并具体分析了金属扩散障、陶瓷扩散障和活性扩散障存在的主要问题以及针对这些问题开展的相关研究工作;其次,对低互扩散性涂层在热障涂层领域中的应用与最新发展动态进行综述,详细讨论了纳米晶涂层、相平衡涂层和γ′基涂层的高温防护性能和阻扩散机制。在此基础上,指出了扩散障和低互扩散性涂层的未来发展方向。 展开更多
关键词 单晶高温合金 热障涂层 互扩散 二次反应区 扩散障
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单晶合金与防护涂层智能设计进展
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作者 邢艺锋 尹奥博 +6 位作者 耿粒伦 杨帆 茹毅 赵文月 裴延玲 李树索 宫声凯 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期70-85,共16页
随着航空发动机涡轮前温度的不断提升,研发新一代航空发动机涡轮叶片用单晶高温合金及其热防护涂层迫在眉睫。为了满足航空发动机复杂的服役环境对高温结构材料综合性能提出的严苛要求,在材料集成计算工程与材料信息学的推动下,近年来... 随着航空发动机涡轮前温度的不断提升,研发新一代航空发动机涡轮叶片用单晶高温合金及其热防护涂层迫在眉睫。为了满足航空发动机复杂的服役环境对高温结构材料综合性能提出的严苛要求,在材料集成计算工程与材料信息学的推动下,近年来国内外逐步开展了单晶高温合金与热防护涂层的智能设计研究,以提高研发效率、降低研发成本。本文重点综述多尺度计算模拟与机器学习方法在推动新型单晶高温合金与热防护涂层设计上的最新研究进展,确证了多尺度计算模拟为揭示单晶高温合金强韧化机理与热防护涂层抗氧化、阻扩散机制所提供的有效理论支撑,展现机器学习在构建高温结构材料“成分-组织-性能”内禀关系上的可靠性与巨大潜力,为新一代高承温单晶高温合金与热防护涂层提供了智能高效的快速研发新路径。 展开更多
关键词 计算模拟 智能设计 镍基单晶高温合金 防护涂层
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单晶高温合金的蠕变性能薄壁效应
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作者 张曾凯 尚勇 +6 位作者 常可可 茹毅 赵海根 赵文月 李树索 宫声凯 裴延玲 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期105-116,共12页
单晶高温合金的薄壁效应是指当试样、零件厚度小于1 mm时,其持久寿命减少、蠕变速率增加以及其他力学性能发生显著衰减的现象。随着先进航空发动机单晶叶片零件内部冷却结构的发展,其部分区域结构厚度的减小使其属于典型的薄壁结构,因... 单晶高温合金的薄壁效应是指当试样、零件厚度小于1 mm时,其持久寿命减少、蠕变速率增加以及其他力学性能发生显著衰减的现象。随着先进航空发动机单晶叶片零件内部冷却结构的发展,其部分区域结构厚度的减小使其属于典型的薄壁结构,因此在设计与制造叶片的过程中将薄壁区域的薄壁效应纳入考量具有重要工程意义。蠕变性能是航发叶片单晶高温合金材料最重要的性能之一,本文总结了单晶高温合金蠕变性能薄壁效应方面的研究以及薄壁效应研究中发展的先进实验设备。引起蠕变性能薄壁效应的机制包括氧化作用相对增强、各向异性效应更加显著、微观组织的变化、缺陷的萌生与运动方式变化,对蠕变薄壁效应产生影响的因素则有实验条件(温度、应力等),加工方式(直接铸造,机械加工),几何外形(矩形截面、环形截面、打气膜孔)。对单晶高温合金薄壁效应的研究属于工程应用范畴,薄壁件作为“积木式”验证评价技术中“元件级/模拟件级”的一环,在服役环境或近服役环境条件下研究薄壁效应就使得研究结果更具有应用价值,为此,国内外发展了各式各样的实验设备平台用于模拟叶片在发动机内的某一个或几种耦合服役条件(高温、高压、腐蚀/冲蚀、离心加载)。未来薄壁效应的研究应当在更接近实际服役条件下进行,即按实际叶片制造工艺制备实验试样,并在模拟服役环境设备上进行实验。 展开更多
关键词 单晶高温合金 薄壁效应 薄截面效应 蠕变 近工况
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固溶工艺对镍基单晶高温合金初熔温度的影响
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作者 孙铭 王恒喆 +3 位作者 龙海波 毛圣成 张泽 韩晓东 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期146-154,共9页
固溶处理是消除镍基单晶高温合金凝固偏析的重要手段,而进行固溶处理的前提是具备合适的固溶窗口。随合金的发展,固溶窗口逐渐变窄,从而加大了固溶处理的难度。由于固溶窗口为动态窗口,其上限的初熔温度会随合金内部γ′相及共晶的溶解... 固溶处理是消除镍基单晶高温合金凝固偏析的重要手段,而进行固溶处理的前提是具备合适的固溶窗口。随合金的发展,固溶窗口逐渐变窄,从而加大了固溶处理的难度。由于固溶窗口为动态窗口,其上限的初熔温度会随合金内部γ′相及共晶的溶解而提高,因此开展固溶工艺对合金初熔温度影响机制的研究具有重要意义。然而,目前缺乏不同固溶工艺对合金初熔温度影响机制及作用机理的相关研究。本文采用电子显微学为研究手段,对比研究了阶段式和连续式固溶处理对初熔温度的影响规律。研究发现,固溶处理会促进合金的均匀化行为,而均匀化程度随固溶工艺中高温下保温时间的延长而增加;均匀化效果越好的样品,其初熔温度提升更大,但是均匀化效果越好的合金内部也存在较多由“柯肯达尔效应”所诱发形成的固溶微孔。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 固溶处理 初熔温度 微观组织
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