國勁合金十幾年來，國勁先后與美國SMC、美國哈氏合金HAYNES、美國冶聯(lián)ATI、德國蒂森克虜伯VDM、德鎳、歐洲OUTOKUMPU(奧托坤普)、瑞典山特維克、日本冶金、新日鐵住友金屬、神戶制鋼、大同特殊鋼、山陽制鋼、JFE鋼鐵、日新制鋼、韓國浦項、上海寶鋼、中國寶鈦，以及奧地利伯和樂焊接集團、美國LINCOLN林肯、TECHALLOY、ARCOS、瑞典伊薩、山特維克焊材、英國曼徹特、意大利TFA和韓國現(xiàn)代焊材等世界生產(chǎn)廠家建立了良好、穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關(guān)系。
國勁主營材質(zhì)：GH系列高溫合金：GH1140、GH2132、GH3128、GH3030、GH3044、GH4145、GH4146、GH4169
NS系列耐蝕合金：NS111、NS112、NS113、NS142、NS143、NS312、NS313、NS315、NS321、NS322、NS333、NS334、NS336
精密合金系列：1J30、1J36、1J50、2J22、2J85、3J01、3J09、3J21、3J40、3J53、4J28、4J29、4J36、4J42、4J50、6J20、6J22Inconel合金：Inconel625、Inconel625LCF

Monel400鋼板鍛件在此基礎(chǔ)上與實驗進行對比,修正剩余壽命估算公式。結(jié)果表明,修正公式能更加準(zhǔn)確的對剩余壽命進行預(yù)測。利用有限元分析軟件ABAQUS擴展有限元計算功能,建立CT試件有限元模型,計算不同裂紋長度下的應(yīng)力強度因子。利用實驗獲得的疲勞裂紋擴展Paris公式參數(shù),在ABAQUS中建立疲勞損傷準(zhǔn)則,模擬不同應(yīng)力比下的疲勞裂紋擴展行為。對比疲勞裂紋擴展實驗壽命、理論壽命和模擬壽命,壽命誤差在可接受范圍內(nèi),說明了疲勞裂紋擴展數(shù)值模擬的有效性。
本文對鎳基高溫合金GH4133B進行了疲勞裂紋擴展試驗,并與有限元分析結(jié)果進行對比。利用擴展有限元方法分析CT試件疲勞行為的方法,可以用于材料疲勞實驗的預(yù)演,對疲勞實驗開展起一定的指導(dǎo)作用。在此基礎(chǔ)上改進可以使各種構(gòu)件的疲勞行為模擬成為可能,為工程設(shè)計分析提供新的思路。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)燃氣輪機及其他工業(yè)部門。高溫合金通常被用來制造航空發(fā)動機、航天飛機主發(fā)動機、柴油機和內(nèi)燃機增壓渦輪、煙氣輪機、冶金軋鋼加熱爐墊塊、內(nèi)燃機排氣閥座等需承受疲勞載荷的熱端部件。

Inconel690、Inconel600、Inconel601,Inconel617、Inconel686、Inconel718、Inconel718
Incoloy合金：Incoloy800、Incoloy 800H、Incoloy800HT、Incoloy801、Incoloy825、Incoloy903、Incoloy907、Incoloy925、Incoloy926Hastelloy合金：HastelloyB、HastelloyB-2、HastelloyB-3、HastelloyC、HastelloyC-4、HastelloyC-22、HastelloyC-276、Hastelloy C-2000
Monel合金：Monel400,MonelR-405,MonelK-500

本文以應(yīng)用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展實驗得到的相關(guān)數(shù)據(jù)。對于疲勞裂紋擴展速率da/dN與應(yīng)力強度因子范圍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展試驗數(shù)據(jù),進行合金疲勞裂紋擴展理論與模型應(yīng)用研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.本文首先簡明介紹金屬疲勞裂紋擴展問題的研究背景、研究歷程以及當(dāng)下研究與發(fā)展鎳基高溫合金的狀況,接著對疲勞裂紋擴展模型研究的進展、疲勞裂紋擴展理論與數(shù)值模擬的研究進展做了概述。
2.本文廣泛采集不同溫度、應(yīng)力比、加載頻率、環(huán)境因素和試件幾何尺寸等實驗條件下鎳基高溫合金疲勞裂紋擴展試驗數(shù)據(jù)。關(guān)于試驗數(shù)據(jù)的對比研究表明,服役溫度對高溫合金疲勞裂紋擴展速率da/dN數(shù)值影響大,一般高溫可以使鎳基高溫合金的da/dN數(shù)值提高一個數(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。
3.分別利用Paris公式、Walker公式和修正Paris公式,對鎳基高溫合金疲勞裂紋擴展試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析,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展速率數(shù)值有較大影響。并且,在利用Paris公式進行分析時,采用不同的數(shù)值方法對材料常數(shù)的取值有較大影響。

4.模型理論計算與試驗數(shù)據(jù)的比較表明,Paris公式擬合精度與試驗數(shù)據(jù)本身的離散性相關(guān);Walker公式適用于描述鎳基高溫合金的疲勞裂紋擴展行為,且Walker公式中的三個材料參數(shù)的取值在一定范圍之內(nèi),溫度對材料參數(shù)的影響有一定規(guī)律可循;本文所采用的修正Paris公式,對于高溫條件下的鎳基高溫合金,在低應(yīng)力強度因子范圍區(qū)的疲勞裂紋擴展速率預(yù)測具有很高精度,而在高應(yīng)力強度因子范圍區(qū)其理論預(yù)測值偏低。通過總結(jié)各個模型的研究,本文提出的統(tǒng)一Paris修正公式可以在有較多實驗樣本的情況下,比較精確的預(yù)測鎳基高溫合金疲勞裂紋擴展行為。
鎳基單晶高溫合金在高溫下具有優(yōu)良的綜合性能,是航空發(fā)動機渦輪葉片的主要材料,對于單晶復(fù)雜葉片的制造,單憑鑄造技術(shù)變得相當(dāng)困難,必然涉及到單晶材料的連接問題,目前常用的連接方法是高溫釬焊和瞬間液相擴散焊(TLP擴散焊)。釬焊所得接頭性能、很難滿足航空工業(yè)對于更高性能的要求;TLP連接接頭中降熔元素殘留影響其高溫性能。為了得到性能更好的接頭,提出了過渡液相輔助固相連接復(fù)合技術(shù),母材液化的規(guī)律是該技術(shù)實現(xiàn)的前提。
本文選用BNi9、BNi5兩種不同的中間層,對DD407鎳基單晶高溫合金進行過渡液相擴散連接。通過研究不同工藝參數(shù)條件下的母材液化區(qū)橫截面形貌特征,分析工藝參數(shù)對液化區(qū)寬度的影響;同時研究了不同工藝條件下的界面組織特征及成分分布情況;通過對比分析上述兩種中間層對母材的液化效果,綜合分析了母材液化規(guī)律。采用BNi9中間層合金TLP擴散連接DD407鎳基單晶高溫合金。結(jié)果表明,母材液化寬度隨著加熱溫度的升高而增加,母材液化寬度在1150℃達到大值60.7μm,過高的加熱溫度使得液相很快等溫凝固;保溫時間的增加使母材液化寬度增加,保溫1min時,母材液化程度大;中間層合金厚度越大,母材的液化寬度越大,與加熱溫度和保溫時間相比,中間層合金厚度對母材液化寬度的影響相對較小。

界面的組織主要由反應(yīng)液化層和中間層固溶體組成。BNi5中間層合金連接DD407鎳基單晶高溫合金,工藝參數(shù)對母材表面液化規(guī)律如下:溫度升高會促進母材液化,溫度升高到1160℃時,母材液化寬度為28.5μm,母材向中間層合金液化界面平整;母材液化寬度隨中間層厚度增加而增大,中間層厚度150μm時,母材液化寬度達到大值55.5μm。對比分析兩種中間層材料對母材表面液化的影響,發(fā)現(xiàn)BNi9對母材的液化效果優(yōu)于BNi5,前者具有明顯的界面反應(yīng)層,后者具有明顯的強化相殘留區(qū)。
BNi9的液化機制是通過降熔元素B向母材擴散,擴散區(qū)的熔點降低而使得母材液化。而BNi5的液化機制則是中間層中的共晶元素Si與母材相互作用,形成低熔共晶,使得母材液化。綜合分析DD407鎳基單晶表面液化的規(guī)律,歸納其影響因素主要有:降熔元素的種類、加熱溫度、保溫時間、中間層材料的量,等等。K438鎳基高溫合金精鑄件在鑄造和使用過程中易出現(xiàn)缺陷,需要修復(fù)的問題,以Ni60粉末作為修復(fù)填充材料,采用激光熔覆的方式對K438鎳基高溫合金進行補焊修復(fù),分別對單道、單層多道以及多層多道激光熔覆修復(fù)進行了工藝研究,并針對該合金在激光熔覆修復(fù)中的宏觀形貌、顯微組織及力學(xué)性能進行了分析。
Monel400鋼板鍛件用光學(xué)金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)以及能譜儀(EDS)等分析測試手段觀察了工藝條件發(fā)生變化時激光熔覆修復(fù)組織的凝固特征,并對其顯微硬度、微區(qū)殘余應(yīng)力以及磨損性能等力學(xué)性能進行測試,探討了其磨損機理。工藝試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),提高激光功率,降低掃描速率或者降低粉末供給速度,都有助于提高熔覆層的熔深、熔寬和接觸角,降低熔高。粉末供給速度與熔深和熔寬的關(guān)系不大,熔覆時過大或過小的掃描間距都會使表面不平整。