单晶高温合金的蠕变性能薄壁效应

作     者：张曾凯 尚勇 常可可 茹毅 赵海根 赵文月 李树索 宫声凯 裴延玲 ZHANG Zengkai;SHANG Yong;CHANG Keke;RU Yi;ZHAO Haigen;ZHAO Wenyue;LI Shusuo;GONG Shengkai;PEI Yanling

作者机构：北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 天目山实验室杭州311115 中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室浙江宁波315201 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 

基　　金：北京市自然科学基金(22B20116) 浙江省自然科学基金(LZ23E020005) 航空发动机及燃气轮机基础科学中心项目(P2021-A-Ⅳ-001-003,P2022-B-Ⅳ-009-001) 中国航空发动机集团产学研合作项目(HFZL2021CXY016) 

出 版 物：《航空材料学报》 (Journal of Aeronautical Materials)

年 卷 期：2024年第44卷第5期

页      码：105-116页

摘      要：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。

主 题 词：单晶高温合金 薄壁效应 薄截面效应 蠕变 近工况 

学科分类：08[工学] 0805[工学-能源动力学] 080502[080502] 

核心收录：

D　O　I：10.11868/j.issn.1005-5053.2024.000104

馆 藏 号：203145612...