镍基单晶合金热机械疲劳蠕变损伤失效机理和晶体学模型研究

本项目针对航空发动机镍基涡轮单晶叶片工作状态，以国产镍基单晶合金DD6为研究对象，采用理论分析和试验研究相结合的方法，研究镍基单晶合金热机械疲劳蠕变的晶体取向相关的变形、损伤和失效的细观机理及表征技术。进行不同相位和晶体取向的带保持时间的热机械疲劳蠕变试验。以晶体取向相关性为研究核心，重点研究强化相和基体相的演化规律及其相互作用关系。针对镍基涡轮单晶叶片的铸造特点，研究铸造缺陷分布及影响规律。揭示疲劳、蠕变和氧化损伤特性以及相互耦合关系。最终提出各向异性镍基单晶合金的热机械疲劳蠕变的本构模型和寿命预测模型，该模型能够考虑材料细微观结构演化特点和铸造缺陷的影响，同时能够描述回滞曲线循环特性和损伤规律，并得到复杂应力下的试验验证。完成相应的晶体塑性有限元程序开发，对典型单晶叶片进行热机械疲劳蠕变寿命分析。

本研究项目针对航空发动机镍基涡轮冷却单晶叶片及其工作状态，采用理论分析与实验研究相结合的方法，研究了镍基单晶合金TMFC的晶体取向相关的变形、损伤和失效的细观机理及表征技术。以晶体取向相关性为研究核心，针对镍基涡轮冷却单晶叶片的铸造特点，研究铸造缺陷分布及影响规律。提出了考虑材料细微观结构演化特点和铸造缺陷的影响，同时能够描述镍基单晶损伤规律，并得到复杂应力下的试验验证的镍基单晶合金TMFC的本构模型和寿命预测模型；并编制了相应的有限元程序，将所建模型用于典型涡轮冷却单晶叶片TMFC寿命分析，数值模拟得到叶片寿命与试验结果吻合较好，数值模拟结果具有一定的可靠性。