鎳基高溫合金疲勞裂紋擴(kuò)展理論與模型應(yīng)用研究.pdf

1、高溫合金由于其優(yōu)良的力學(xué)性能被廣泛的應(yīng)用于航空、航天、艦船、車輛、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)及其他工業(yè)部門。高溫合金通常被用來制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)和內(nèi)燃機(jī)增壓渦輪、煙氣輪機(jī)、冶金軋鋼加熱爐墊塊、內(nèi)燃機(jī)排氣閥座等需承受疲勞載荷的熱端部件。本文以應(yīng)用最為廣泛的鎳基高溫合金為研究對象，分析了各種因素影響下的恒幅載荷疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)。對于疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN與應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK的關(guān)系，國內(nèi)外的研究人員提出了許多相關(guān)的

2、模型。本文采用了應(yīng)用廣泛的Paris公式、Walker公式和修正Paris公式，針對20余種鎳基高溫合金的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行合金疲勞裂紋擴(kuò)展理論與模型應(yīng)用研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹金屬疲勞裂紋擴(kuò)展問題的研究背景、研究歷程以及當(dāng)下研究與發(fā)展鎳基高溫合金的狀況，接著對疲勞裂紋擴(kuò)展模型研究的進(jìn)展、疲勞裂紋擴(kuò)展理論與數(shù)值模擬的研究進(jìn)展做了概述。⑵廣泛采集不同溫度、應(yīng)力比、加載頻率、環(huán)境因素和試件幾何尺寸等實(shí)驗(yàn)條件下鎳基

3、高溫合金疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)數(shù)據(jù)。關(guān)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比研究表明，服役溫度對高溫合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN數(shù)值影響最大，一般高溫可以使鎳基高溫合金的da/dN數(shù)值提高一個(gè)數(shù)量級；應(yīng)力比、加載頻率、環(huán)境因素對da/dN數(shù)值影響也比較明顯，而試件厚度及其他幾何尺寸因素對da/dN數(shù)值影響相對難以觀察到。在所研究鎳含量范圍之內(nèi)的鎳基高溫合金，鎳含量的變化對鎳基高溫合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN數(shù)值無顯著影響，而合金熱處理工藝對其有顯著影響。⑶分別

4、利用Paris公式、Walker公式和修正Paris公式，對鎳基高溫合金疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明對應(yīng)不同溫度、應(yīng)力比、加載頻率、環(huán)境因素和試件幾何尺寸，疲勞裂紋擴(kuò)展模型中的材料常數(shù)在一定范圍內(nèi)變化。并且，這些變化在不同的影響因素的作用下有各自的規(guī)律。疲勞裂紋擴(kuò)展理論模型的選取，對于材料常數(shù)的影響不大，但對于理論疲勞裂紋擴(kuò)展速率數(shù)值有較大影響。并且，在利用Paris公式進(jìn)行分析時(shí)，采用不同的數(shù)值方法對材料常數(shù)的取值有較大