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《北京航空材料研究院》 2006年
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粉末高温合金中非金属夹杂物的遗传特征及损伤力学行为研究

周晓明  
【摘要】: 本文研究了三种典型非金属夹杂物(Al_2O_3、SiO_2及两者的混合物)在两种广泛应用的粉末高温合金(FGH95和FGH96)中的遗传特征,并从实验和计算机模拟两方面研究了非金属夹杂物对基体材料损伤力学行为的影响,并提出了改善合金中非金属夹杂物的措施。 研究结果表明,三种夹杂物在FGH96合金中经不同工艺状态后,表现出了不同的行为特征:Al_2O_3由于其较高的硬度和热稳定性,在整个工艺过程中,形状、尺寸和成分等都没发生变化;而SiO_2经热等静压后,与合金中的Al和Ti等元素发生了反应,改变了基体/夹杂物之间的界面结合方式,影响了SiO_2周围基体中γ′相的数量和尺寸,形成贫γ′相区;Al_2O_3和SiO_2与合金粉末混合后,在热等静压(HIP)过程中,在高温、高压同时作用下,两种非金属夹杂物之间发生了化学反应,生成另外一种非金属夹杂物—莫来石。莫来石在高温下可能发生软化,在周围球形粉末颗粒的挤压下变形,界面呈圆弧状,形成尖锐的棱角。该种夹杂物也与基体之间发生了化学作用,表现出了与SiO_2相似的行为特征,但反应区的作用范围较窄。由于三种夹杂物与基本材料在热膨胀系数方面的差异,经淬火(油淬或盐淬)处理后,界面处易于萌生微裂纹。时效处理对两种反应型夹杂的影响不大。在等温锻造过程中,由于以上行为特征的差异性,使Al_2O_3完全被破碎,呈“链状”分布于基体中;SiO_2在其周围塑性区的缓冲下,发生局部断裂;而莫来石因其在高温时的软化,呈“薄膜状”分布。尽管FGH95和FGH96合金在成分及热工艺制度方面存在着一定的差异,三种夹杂物在合金处理的各工艺过程中表现出了相同的行为特征。基于镍基粉末高温合金在成分种类方面的相似性,可将三种夹杂物在上述两种合金中的遗传特性推广应用到所有镍基粉末高温合金中。 在原位拉伸和原位疲劳实验中,夹杂物处是裂纹萌生的择优位置。裂纹萌生方式分为两种:夹杂物本身开裂和基体/夹杂界面开裂,通常为基体/界面开裂。扩展初期,裂纹在夹杂物尖角应力集中处沿与主应力成45o向基体中扩展,之后沿与最大正应力垂直的方向扩展至断裂。由于SiO_2和莫来石与基体之间的化学作用,改变了其周围基体的塑性,使断口表现出了特定的行为特征。夹杂物对基体力学性能的影响是很复杂的,主要取决于其位置和尺寸。在同一位置,夹杂物的尺寸越小,或同一尺寸,夹杂物距表面的距离越远,都会降低夹杂物对基体材料的危害性。 用计算机模拟了夹杂物对基体材料损伤力学行为的影响。当夹杂物的形状,位置及取向等发生变化时,夹杂周围的应力场分布情况会发生相应的变化,尤其在疲劳过程中,夹杂物周围的应力场会随加载历程的不同而出现周期性变化。为提高模拟结果的准确性,应引入夹杂物的特性参数,除形状和位置外,还应考虑夹杂物在不同温度时的变形性及自身相变引起的体积变化等。 合金中的实际夹杂物主要来源于母合金及其熔炼与雾化制粉过程,主要为Al、Si、Ti、Mg和Ca的氧化物。人工加入的三种非金属陶瓷夹杂物与合金中的实际夹杂物相比,具有一定的代表性,所表现出的遗传特征涵盖了合金中各夹杂物的基本特性。针对夹杂物的来源及与合金粉末的不同特点,提出了粉末高温合金盘件制备各工艺环节中夹杂物的控制措施及鉴别方法。根据各夹杂物在合金中的遗传特性,结合计算机数值模拟技术,并对模拟结果进行验证,以指导合金中夹杂类损伤容限的确定。
【学位授予单位】:北京航空材料研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG132.32

【引证文献】
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1 王志伟;2.25Cr-1Mo-0.25V大钢锭中的夹杂物及其变形的有限元分析[D];太原科技大学;2011年
2 赵军普;FGH96粉末高温合金原始颗粒边界(PPB)问题的研究[D];西安建筑科技大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 国为民,陈淦生;直接HIP成形FGH95合金组织和性能的研究[J];材料科学与工艺;2000年01期
2 国为民;-100μmFGH95粉末合金盘坯件的力学性能和热强性能[J];材料科学与工艺;1998年03期
3 张丽娜,张麦仓,李晓,董建新,谢锡善;Ni基P/M Rene 95合金中非金属夹杂物导致裂纹萌生和扩展的扫描电镜原位观察[J];稀有金属材料与工程;2001年02期
4 邹金文;汪武祥;;粉末高温合金研究进展与应用[J];航空材料学报;2006年03期
5 宋迎东,温卫东,高德平,宋迎;粉末冶金涡轮盘的应用及寿命研究[J];航空动力学报;1996年03期
6 傅杰;电渣重熔过程中氧化物夹杂去除机理的探讨[J];金属学报;1979年04期
7 汪武祥,何峰,邹金文;粉末高温合金的应用与发展[J];航空工程与维修;2002年06期
8 李晓,张麦仓,张丽娜,谢锡善;夹杂物对粉末冶金高温合金力学性能的影响[J];特殊钢;2001年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪斌华,郭刚,于杰,涂铭旌;PC/ABS共混物的仪表冲击试验研究[J];工程塑料应用;2003年06期
2 陈爱武;;PA/Cu复合粉末激光烧结成型机理研究[J];工程塑料应用;2008年06期
3 雷开贵,邓子辰;多层粘钢加固钢筋混凝土梁的有限元静力分析[J];四川建筑科学研究;2003年01期
4 雷开贵,邓子辰,陈顺祥;粘钢加固钢筋混凝土梁的动态有限元建模与分析[J];四川建筑科学研究;2003年03期
5 王凤武,楼梦麟,徐人平,张立翔,王时越;混凝土单轴受压强度可靠度与置信度研究[J];四川建筑科学研究;2004年02期
6 巩妮娜;刘西拉;;从结构工程的角度看混凝土在冻融循环下的破坏标准[J];四川建筑科学研究;2005年06期
7 王丽艳;袁新明;;贮料对钢仓壁面静动压力特性的弹塑性分析[J];四川建筑科学研究;2006年03期
8 孙建运;李国强;;动力荷载作用下固体材料本构模型研究的进展[J];四川建筑科学研究;2006年05期
9 胡志军;袁新明;;某大型利浦式钢板筒仓的屈曲分析[J];四川建筑科学研究;2008年01期
10 汪宇兵;张剑;;基于声波技术混凝土梁损伤特性的试验研究[J];四川建筑科学研究;2008年03期
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1 许春停;李萍;薛克敏;周明智;;筒形件滚珠旋压的模拟分析[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 王和好;李道宏;罗运动;;TB/T2347钢轨用高强度接头螺栓制造过程产生氢脆的处理[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
3 祁勇峰;崔建华;谢晓玲;;复杂结构进水塔抗震与稳定性研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
4 王冬颖;;IR3Mo轴网状碳化物消除的工艺研究[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
5 杨晓利;杨玉军;张玉春;王志刚;张鹏;;渣系组成对GH2150合金电渣重熔的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
6 王钰琛;吴贵林;赵长虹;董健;于腾;;二次时效处理对GH2696合金组织及性能的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
7 赵成志;刘宁;吴贵林;李凤艳;杨亮;;热处理制度对GH2787合金持久性能和纵低倍组织的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
8 王世普;刘启燕;刘建强;谢伟;陆汉刚;;热连轧工艺对GH4033合金棒材组织与性能的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
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1 王俊一;K4104镍基高温合金渗A1高温防护涂层性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
4 徐开东;镁合金高能表面强化研究[D];华中科技大学;2010年
5 武淑艳;固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
7 陈敬超;反应合成银氧化锡复合材料的合成机制与性能研究[D];昆明理工大学;2009年
8 潘成刚;多金属热锻模热应力缓解机理及方法研究[D];武汉理工大学;2010年
9 郭全英;两种含Gd镁合金微观组织演变机制及性能研究[D];沈阳工业大学;2010年
10 徐晓亮;热防护机理与烧蚀钝体绕流的涡方法研究[D];北京交通大学;2011年
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1 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 彭新元;热氢处理对钛合金组织和切削性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
3 李娟;钛合金基于m值的高效超塑性成形机制研究[D];南昌航空大学;2010年
4 代兵权;改性聚丙烯纤维混凝土耐久性能试验研究[D];郑州大学;2010年
5 毋娟;凝胶注模莫来石隔热材料的制备与性能[D];郑州大学;2010年
6 高飞;异种钢焊接的残余应力研究[D];大连理工大学;2010年
7 梁晓康;激光快速成形316L/Inconel718功能梯度材料的研究[D];大连理工大学;2010年
8 龙颖;Al_2O_3陶瓷及其表面金属化的低温烧成技术研究[D];长沙理工大学;2009年
9 岳汉威;岩石、混凝土材料的接触损伤及冲击球压法评价研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
10 许婷婷;高温合金K465和DZ40M纯净化工艺及机理研究[D];沈阳理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 张莹,张义文,张凤戈,陶宇,冯涤;不同粒度的镍基高温合金粉末及其对P/M成形件组织性能影响的研究[J];兵器材料科学与工程;2002年06期
2 季灯平;毕洪运;;304不锈钢中的夹杂物及其冷轧变形行为[J];宝钢技术;2008年03期
3 胡本芙,李慧英,章守华;原颗粒边界问题和热处理裂纹形成原因的研究[J];北京钢铁学院学报;1987年S1期
4 张麦仓,董建新,张丽娜,曾燕屏,谢锡善;PM Rene95合金中夹杂物的微观力学行为[J];北京科技大学学报;2002年02期
5 张义文,杨士仲,李力,李世魁,张莹,张凤戈,国为民,冯涤;我国粉末高温合金的研究现状[J];材料导报;2002年05期
6 董建新,张麦仓,曾燕屏;新型Ni-Cr基GH648合金成分对热力学平衡相析出行为的影响[J];稀有金属材料与工程;2005年01期
7 H. C. Smith;F. R. Cappellini;T. J. Grebenar;付兰生;;大型鍛件中非金属夹杂物的牲质和来源[J];大型铸锻件;1979年01期
8 曾玉田;施跃明;;关于85吨锭制转子中大型夹杂物缺陷的分析[J];大型铸锻件;1980年03期
9 Kemal Kapetanovié;Zakri Paalicé;Radovanka uréié;张明芳;;大型锻造钢锭中氧化物夹杂的研究[J];大型铸锻件;1982年02期
10 徐彦和;;大型钢锭及锻件的解剖[J];大型铸锻件;1982年04期
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1 张义文;陶宇;张莹;刘建涛;张国星;张娜;;粉末冶金高温合金的组织和性能研究[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
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1 陈勇;含夹杂粉末高温合金涡轮盘裂纹扩展寿命研究[D];南京航空航天大学;2003年
2 郭荣鑫;夹杂物干涉机制及其对材料细观损伤的影响研究[D];昆明理工大学;2007年
3 喻海良;轧制过程中轧件裂纹和夹杂物演变行为研究[D];东北大学;2008年
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1 林金萱;定量金相自动分析关键技术研究及应用[D];广东工业大学;2007年
2 吕士忠;钢中夹杂物的来源及性质研究[D];中南大学;2007年
3 周淑窈;镦粗工艺中夹杂物形貌变化规律研究[D];燕山大学;2010年
【二级引证文献】
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1 柴国明;陈希春;郭汉杰;;FGH96高温合金中一次碳化物形成规律[J];中国有色金属学报;2012年08期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 章守华,胡本芙,李慧英,吴承健,金开生;镍基粉末高温合金FGH95的组织和性能[J];北京科技大学学报;1993年01期
2 国为民,宋璞生,吴剑涛,张凤戈,杨成,张义文,陈生大;粉末高温合金的研制与展望[J];粉末冶金工业;1999年02期
3 周晓明,汪武祥,杨洪涛,唐定中,颜鸣皋;HIP态FGH96合金中人工加入非金属夹杂物的特征[J];航空材料学报;2005年04期
4 穆霞英,胡志强;循环加载下的热弹塑蠕变有限元分析[J];航空动力学报;1990年04期
5 陈国祥,葛立强;FGH95粉末冶金高温合金中的夹杂物[J];钢铁研究学报;1995年03期
6 傅杰,朱觉;电渣重熔过程中氧化物夹杂的变化[J];金属学报;1964年03期
7 傅杰,陈恩普,朱觉;电渣重熔过程中渣池内的电弧放电现象[J];金属学报;1965年01期
8 王永廉;高温低周疲劳寿命预测模型[J];南京航空航天大学学报;1994年03期
【相似文献】
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1 周晓明;汪殿龙;汪煜;王旭青;汪武祥;颜鸣皋;;夹杂物在FGH95中的损伤力学行为研究[J];航空材料学报;2008年02期
2 李惠曲;王淑云;东赟鹏;杨洪涛;谭勇;;粉末高温合金等温锻造过程非金属夹杂物的变形特征[J];新技术新工艺;2009年05期
3 周晓明;汪殿龙;汪煜;汪武祥;;非金属夹杂物在镍基粉末高温合金中的变形行为[J];失效分析与预防;2008年03期
4 周晓明;汪武祥;王旭青;唐定中;颜鸣皋;;SiO_2非金属夹杂物对镍基粉末高温合金微观力学行为的影响[J];航空材料学报;2006年03期
5 周晓明,汪武祥,杨洪涛,唐定中,颜鸣皋;HIP态FGH96合金中人工加入非金属夹杂物的特征[J];航空材料学报;2005年04期
6 周晓明;汪武祥;王旭青;唐定中;颜鸣皋;;非金属夹杂物对FGH95合金微观拉伸行为的影响[J];稀有金属材料与工程;2007年02期
7 李园春,崔健,颜鸣皋;Rene'95粉末高温合金盘件等温锻造过程的计算机模拟[J];航空材料学报;1997年04期
8 李园春,王淑云;国内粉末高温合金涡轮盘件制造技术的发展现状[J];稀有金属;2001年03期
9 李晓,张麦仓,张丽娜,谢锡善;夹杂物对粉末冶金高温合金力学性能的影响[J];特殊钢;2001年01期
10 张丽娜,张麦仓,李晓,董建新,谢锡善;Ni基P/M Rene 95合金中非金属夹杂物导致裂纹萌生和扩展的扫描电镜原位观察[J];稀有金属材料与工程;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周晓明;汪武祥;;粉末冶金高温合金中非金属夹杂物的损伤力学行为研究[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
2 耿继双;郭大勇;王秉喜;张晓军;常桂华;曹亚丹;宁东;;合成渣精炼法控制帘线钢中非金属夹杂物[A];全国高速线材生产技术交流会论文集[C];2007年
3 王新华;;洁净钢生产技术[A];1999中国钢铁年会论文集(上)[C];1999年
4 杨树峰;李京社;王再飞;林晓川;;合金钢中镁铝尖晶石夹杂物生成与转化热力学[A];中国金属学会特钢分会,特钢冶炼学术委员会2009年会论文集[C];2009年
5 钱桂安;洪友士;;高强钢的超高周疲劳试验研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
6 王文军;刘金刚;郝宁;李永东;朱志远;孙硕猛;王新华;;钢包软吹氩对钢中非金属夹杂物去除效果研究[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(上)[C];2009年
7 王荣;陆洲;;船用柴油机连杆疲劳断裂失效分析[A];2009年全国失效分析学术会议论文集[C];2009年
8 王新华;;超低氧含量特殊钢的脱氧、精炼与非金属夹杂物控制[A];2010年全国炼钢—连铸生产技术会议文集[C];2010年
9 白瑞国;周学禹;翁玉娟;徐立山;高海;何凯;;惰性气体保护下顶渣精炼的应用[A];河北省冶金学会炼钢连铸技术与学术交流会论文集[C];2006年
10 杨树峰;李京社;王再飞;林晓川;姜桂连;;气瓶钢精炼过程中含MgO·Al_2O_3夹杂物研究[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(上)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 王海滨 通讯员 牛建红;钢水冶炼一次即可去除非金属夹杂物[N];科技日报;2011年
2 凹凸;人体十大遗传特征[N];大众卫生报;2001年
3 刘金刚 郝宁 李战军 姜中行;管线钢生产非金属夹杂物控制研究[N];世界金属导报;2010年
4 王平;中航工业宏远奋力冲刺“双十亿”[N];中国航空报;2009年
5 ;猪的行为与饲养管理[N];中国畜牧兽医报;2006年
6 钟牧;猪的行为与饲养管理[N];陕西科技报;2006年
7 ;猪的行为与饲养管理[N];中国畜牧兽医报;2006年
8 先越蓉;帘线钢工艺最优化和非金属夹杂物检验方法的改进[N];世界金属导报;2010年
9 ;猪的行为与饲养管理[N];中国畜牧兽医报;2006年
10 ;猪的行为与饲养管理[N];中国畜牧兽医报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周晓明;粉末高温合金中非金属夹杂物的遗传特征及损伤力学行为研究[D];北京航空材料研究院;2006年
2 杜劲;粉末高温合金FGH95高速切削加工表面完整性研究[D];山东大学;2012年
3 高志强;猪繁殖与呼吸综合征病毒全基因组分子遗传特征分析[D];中国农业大学;2003年
4 熊成龙;中国狂犬病毒的遗传学特征[D];中国人民解放军军事医学科学院;2006年
5 张静武;金属塑性变形与断裂的TEM/SEM原位研究[D];燕山大学;2002年
6 沈婕;镍基合金中非金属夹杂物及其去除技术的研究[D];兰州理工大学;2008年
7 陈穗云;小麦与长穗偃麦草体细胞杂种后代的遗传特征及基因组分析[D];山东大学;2003年
8 岳丽杰;Cu-P-RE耐候钢中稀土行为作用及机理的研究[D];东北大学;2006年
9 郭庆涛;金属熔体高频电磁净化的研究[D];大连理工大学;2007年
10 王文焱;电解加钛Al-Mg-Si合金板材组织和性能的研究[D];郑州大学;2007年
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1 李秦超;中低频材料微观力学性能原位拉伸测试仪设计与试验研究[D];吉林大学;2012年
2 姚瑞凤;钢中非金属夹杂物聚集生长的动力学研究[D];河北理工大学;2010年
3 刘文华;SPHE钢LD-BAr-RH-CC过程非金属夹杂物研究[D];武汉科技大学;2010年
4 王洪利;转炉流程轴承钢连铸坯非金属夹杂物行为研究[D];河北理工大学;2005年
5 李丁;威钢连铸坯非金属夹杂物研究[D];重庆大学;2005年
6 赵军普;FGH96粉末高温合金原始颗粒边界(PPB)问题的研究[D];西安建筑科技大学;2010年
7 冯晓春;电解分离镍基合金中非金属夹杂物电解液的研究[D];兰州理工大学;2008年
8 王传玉;镍基合金中非金属夹杂物研究[D];兰州理工大学;2009年
9 张仁鹏;含夹杂粉末高温合金等温预成形设计与过程模拟[D];西北工业大学;2007年
10 刘旭兰;轴承钢精炼过程非金属夹杂物行为的研究[D];江苏大学;2009年
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