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第1章 粉末高温合金的发展与应用 1

1.1 粉末高温合金的研究与发展 1

1.1.1 国外粉末高温合金的研究与发展 1

1.1.2 国内粉末高温合金的研究与发展 2

1.2 粉末高温合金的主要生产工艺 2

1.2.1 粉末的制备工艺 2

1.2.2 粉末高温合金的成形工艺及组织特点 3

1.3 粉末高温合金微观组织结构 4

1.4 粉末高温合金在工程上的主要应用 5

1.5 粉末高温合金的发展趋势 7

1.5.1 制粉工艺向超纯净细粉方向发展 7

1.5.2 粉末处理工艺研究的新热点 7

1.5.3 粉末高温合金的强度与损伤容限性能的平衡发展 8

1.5.4 粉末高温合金成本的降低 8

1.5.5 粉末高温合金工艺中计算机模拟技术的迅速发展 8

1.6 粉末高温合金损伤失效行为与寿命预测研究现状 8

参考文献 10

第2章 粉末高温合金的损伤断裂行为 11

2.1 粉末高温合金的静力学行为和断裂特征 12

2.1.1 喷丸和试样形状对静拉伸性能的影响 12

2.1.2 试样形状对断裂行为的影响 13

2.2 冲击载荷条件下粉末高温合金的断裂行为 15

2.2.1 冲击性能 16

2.2.2 冲击载荷作用下的断裂特征 17

2.3 粉末高温合金疲劳裂纹的扩展行为 18

2.3.1 频率与保持时间对粉末高温合金裂纹扩展行为影响 18

2.3.2 粉末高温合金裂纹扩展的断裂特征 19

2.3.3 应力比R对裂纹扩展的影响 21

2.3.4 宏观裂纹扩展速率与微观裂纹扩展速率 22

2.3.5 疲劳扩展第一阶段与疲劳扩展第二阶段裂纹扩展速率 24

2.3.6 断口定量分析方法获得a-N曲线 26

2.3.7 临界裂纹长度与疲劳寿命之间关系 26

2.3.8 高周疲劳不同试验条件下扩展寿命所占的比例分析 28

2.3.9 疲劳扩展第一阶段类解理区域面积分析 29

2.4 粉末高温合金的低周疲劳行为 30

2.4.1 滞后回线 31

2.4.2 循环硬化、循环软化 33

2.4.3 循环应力—应变曲线 34

2.4.4 低周疲劳断裂特征 35

2.5 粉末高温合金高周疲劳行为 37

2.5.1 拉伸疲劳 37

2.5.2 扭转疲劳 42

2.5.3 弯曲疲劳 44

2.5.4 粉末高温合金高周疲劳微观断裂特征 44

2.6 高低周复合疲劳 46

2.6.1 试验结果 46

2.6.2 疲劳寿命分析 47

2.6.3 断裂特征 48

2.7 超高频（超高周）疲劳 49

2.8 粉末高温合金持久断裂特征 53

2.9 粉末高温合金断裂特征规律与形成机理 57

2.9.1 FGH96粉末高温合金疲劳断裂特征规律 58

2.9.2 FGH96粉末高温合金疲劳断裂特征的形成机理 58

参考文献 62

第3章 粉末高温合金的缺陷特性 64

3.1 粉末高温合金中主要缺陷类别和来源 64

3.1.1 粉末原始颗粒边界 64

3.1.2 热诱导孔洞 65

3.1.3 非金属夹杂物 65

3.2 粉末高温合金中缺陷的控制方法 65

3.2.1 提高母合金纯净度 65

3.2.2 提高粉末纯净度 66

3.2.3 其他控制方法 67

3.3 粉末高温缺陷的遗传特征 67

3.4 粉末高温合金缺陷特性 68

3.4.1 缺陷的主要类别 69

3.4.2 夹杂物的形状 69

3.4.3 夹杂物组成 71

3.4.4 缺陷的尺寸与位置 73

3.5 原始颗粒边界在热曝露条件下的演变规律和机理 74

参考文献 87

第4章 粉末高温合金缺陷的评价和表征 88

4.1 缺陷尺寸分布和位置分布表征 88

4.2 夹杂物位置与疲劳寿命之间关系 90

4.3 夹杂物面积与疲劳寿命之间关系 90

4.4 夹杂物位置与面积综合参量与疲劳寿命之间关系 91

4.4.1 d2／S的方法 92

4.4.2 d／ ？S的方法 93

4.5 粉末高温合金夹杂物缺陷对低周疲劳寿命影响评价方法 94

4.5.1 利用夹杂物面积与位置之间关系评价的方法 94

4.5.2 混点比对分析法 97

4.6 不同试验条件下夹杂物对疲劳寿命影响程度分析 98

4.6.1 疲劳源区缺陷面积与应变范围的关系 98

4.6.2 不同应变范围内，夹杂物面积对低周疲劳寿命的影响 100

4.6.3 不同应变范围内，综合参量d／？S对低周疲劳寿命的影响 101

4.7 检测缺陷与观察缺陷之间的关系 103

4.7.1 无损检测与实际观察缺陷结果对比分析 105

4.7.2 无损检测缺陷的当量面积与观察缺陷的面积对比分析 108

4.8 界面开裂前夹杂物在基体中的力学效应 111

4.8.1 夹杂物问题的一些基本假设 111

4.8.2 无限大基体中含圆形夹杂物的解析解 112

4.8.3 基体中含圆形夹杂物的应力分布数值解 120

4.8.4 夹杂物特性对界面应力分布的影响 123

4.9 夹杂物对损伤影响的表征 137

4.9.1 夹杂物位置对损伤表征参量的影响 138

4.9.2 夹杂物尺寸对损伤表征参量的影响 140

4.9.3 夹杂物形状对损伤表征参量的影响 143

参考文献 144

第5章 粉末高温合金疲劳裂纹的萌生与扩展机制 145

5.1 无缺陷情况下粉末高温合金疲劳裂纹的萌生与扩展机制 145

5.1.1 无缺口常温疲劳 145

5.1.2 单侧缺口常温疲劳 146

5.1.3 单侧缺口300℃下原位疲劳 149

5.1.4 不同试验条件下原位疲劳试验结果比较 150

5.2 缺陷对疲劳裂纹萌生机制的影响 151

5.2.1 计算机模拟的方法研究缺陷对裂纹萌生的影响 152

5.2.2 断口观察测试方法分析夹杂物致裂萌生机制 157

5.2.3 原位疲劳的方法研究有缺陷情况下裂纹萌生机制 160

5.3 缺陷对疲劳裂纹萌生寿命影响机制 161

5.3.1 缺陷对萌生寿命影响的模拟试验 162

5.3.2 试验结果与分析 163

5.4 PPB在裂纹萌生与扩展过程中的行为 165

5.4.1 静拉伸 165

5.4.2 原位高周疲劳 167

5.5 缺陷对裂纹扩展的影响机制 170

5.5.1 含夹杂物裂纹体应力强度因子研究 170

5.5.2 夹杂物对界面裂纹应力强度因子的影响 172

5.6 温度、载荷对裂纹萌生与扩展的影响 182

5.6.1 不含缺陷的情况 182

5.6.2 含缺陷（夹杂物）的情况 186

参考文献 189

第6章 粉末盘夹杂物缺陷的超声无损检测与评价 191

6.1 粉末盘常见缺陷及检测方法 191

6.1.1 粉末盘中常见缺陷 191

6.1.2 主要检测方法 192

6.2 粉末盘夹杂物缺陷的超声检测技术 194

6.2.1 接触法检测 194

6.2.2 水浸多区聚焦检测 195

6.3 缺陷的定位与定量评价 198

6.3.1 缺陷深度的确定 198

6.3.2 缺陷平面位置的确定 198

6.3.3 缺陷尺寸定量 199

6.4 粉末盘缺陷的检出概率和无损检测可靠性 200

6.4.1 检测参数设置 201

6.4.2 仪器校准（灵敏度调整） 201

6.4.3 试验的变量 201

6.4.4 超声检测数据的处理 204

6.4.5 线性回归模型选择 205

6.4.6 POD曲线的绘制 206

参考文献 208

第7章 粉末高温合金萌生寿命预测方法 210

7.1 涡轮盘寿命设计的发展情况 210

7.1.1 国外发展情况 210

7.1.2 国内发展情况 211

7.2 低循环疲劳寿命预测模型 212

7.2.1 名义应力法 213

7.2.2 局部应力应变法 215

7.2.3 影响疲劳寿命预测精度的几个因素 218

7.3 涡轮盘蠕变疲劳寿命预测模型 222

7.3.1 时间—循环分数法 223

7.3.2 频率修正法、频率分离法和Ostergren频率修正损伤函数法 223

7.3.3 连续损伤力学法 224

7.3.4 应变范围区分法 224

7.4 SRP法和TS-SRP法的基本假设和基本方程 226

7.4.1 SRP法 226

7.4.2 TS-SRP法 227

7.5 粉末高温合金蠕变疲劳裂纹起始寿命预测模型 230

7.6 粉末高温合金概率寿命预测方法 231

7.6.1 基于简单假设的概率寿命预测模型[110] 232

7.6.2 基于缺陷概率特点的寿命预测概率模型[111] 234

7.6.3 关于概率寿命预测模型的分析和评价 242

7.7 Manson-Coffin方法对粉末高温合金寿命预测 243

7.7.1 无缺陷情况下Manson-Coffin分析 243

7.7.2 含缺陷情况下利用Manson-Coffin公式拟合分析 247

7.8 基于耐久性设计的粉末高温合金萌生寿命预测方法 249

7.8.1 耐久性方法研究粉末高温合金涡轮盘寿命的合理性 249

7.8.2 耐久性设计方法研究内容及思路 250

7.8.3 基于原始疲劳质量的耐久性分析方法 251

7.8.4 FGH96粉末高温合金涡轮盘寿命预测研究 251

7.9 基于损伤力学的粉末高温合金萌生寿命预测方法 257

7.9.1 损伤力学理论模型 257

7.9.2 损伤变量与损伤演化方程 260

7.9.3 裂纹萌生寿命预测方法 262

7.9.4 萌生寿命预测案例 264

参考文献 267

第8章 粉末高温合金裂纹扩展寿命预测 275

8.1 小（短）裂纹疲劳扩展分析 275

8.1.1 小裂纹的定义和疲劳裂纹扩展的特点 275

8.1.2 小裂纹扩展速率的工程估算方法 276

8.1.3 原位疲劳试验获取小裂纹扩展数据 278

8.1.4 粉末高温合金小裂纹扩展寿命估算 280

8.2 裂纹稳定扩展阶段扩展寿命预测 283

8.2.1 疲劳裂纹扩展速率表达式 283

8.2.2 粉末高温合金扩展寿命预测 284

8.3 裂纹扩展全过程寿命预测模型 291

8.3.1 疲劳裂纹扩展不同阶段的扩展特性 291

8.3.2 考虑各阶段扩展特性的裂纹扩展公式 292

8.3.3 获取裂纹扩展门槛值 293

8.3.4 裂纹扩展全寿命模型参数的获取方法 295

8.3.5 粉末高温合金裂纹扩展全寿命预测 297

参考文献 299

第9章 粉末高温合金零部件典型案例 300

9.1 燃气涡轮盘破裂失效分析 300

9.1.1 概述 300

9.1.2 试验结果 300

9.1.3 分析与讨论 302

9.1.4 结论与启示 302

9.2 发动机高压涡轮盘断裂分析 302

9.2.1 概述 302

9.2.2 试验结果 303

9.2.3 分析与讨论 307

9.2.4 结论与启示 308

9.3 九级篦齿盘均压孔裂纹断口分析 308

9.3.1 概述 308

9.3.2 试验结果 308

9.3.3 分析与讨论 309

9.3.4 结论与启示 310

9.4 涡轮盘破裂超转试验件断裂分析 310

9.4.1 概述 310

9.4.2 试验结果 310

9.4.3 分析与讨论 314

9.4.4 结论与启示 314

9.5 燃气涡轮盘榫齿断裂断口定量分析 314

9.5.1 概述 314

9.5.2 试验结果 315

9.5.3 分析与讨论 317

9.5.4 结论与启示 317

9.6 某发动机前挡板破裂断口分析 317

9.6.1 概述 317

9.6.2 试验结果 317

9.6.3 分析与讨论 322

9.6.4 结论与启示 323

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