鎳基超級(jí)合金的蠕變疲勞裂紋擴(kuò)展分析及損傷模擬為張國濱所著的一篇論文
副題名
外文題名
Investigation of creep-fatigue crack growth and damage simulation in nickel-based super-alloys
論文作者
張國濱著
導(dǎo)師
袁荒指導(dǎo)
學(xué)科專業(yè)
學(xué)位級(jí)別
工學(xué)博士
學(xué)位授予單位
北京理工大學(xué)
學(xué)位授予時(shí)間
2012
關(guān)鍵詞
館藏號(hào)
唯一標(biāo)識(shí)符
108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.006376936
館藏目錄
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一、競(jìng)爭(zhēng)格局鎳合金在家用領(lǐng)域主要應(yīng)用在電子電工產(chǎn)品方面,主要應(yīng)用于電視制造、家電制造等。曾經(jīng)預(yù)測(cè)銅合金引線框架帶材將完全代替鎳合金引線框架帶材的情況,目前通過市場(chǎng)的甄別分類,顯示出鎳合金不能完全代替,...
鎳基合金通俗來理解就是以鎳為基礎(chǔ)的合金,即鎳的占的百分比最高,通常超過50%,例如蒙乃爾合金,哈氏合金B(yǎng),C系列等,而不銹鋼從本質(zhì)上來說是一種“鋼”,因此其中鐵占的百分比最高
其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能上,與304相比,具有更加優(yōu)秀的耐高溫或者耐腐蝕性能,是304不可取代的。另外,從不銹鋼的分類上,特殊不銹鋼的金相組織是一種穩(wěn)定的奧氏體金相組織。 由于這種特種不銹鋼是一種...
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腐蝕疲勞是一種由疲勞應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同引起的材料損傷,利用掃描電子顯微鏡原位觀測(cè)技術(shù)對(duì)于預(yù)腐蝕LD10CZ鋁合金進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明腐蝕損傷強(qiáng)烈影響鋁合金的疲勞裂紋擴(kuò)展行為。
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研究了大規(guī)格TA5鈦合金熱軋環(huán)材的疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKTh與疲勞裂紋擴(kuò)展速率dA/dN之間的關(guān)系。結(jié)果表明,ΔKTh值可由近門檻區(qū)的dA/dN表達(dá)式直接按定義dA/dN值算,而無需進(jìn)行繁瑣的試驗(yàn)測(cè)定。這一結(jié)果同樣適用于β區(qū)加熱熱軋TA5鈦合金板材。
一、競(jìng)爭(zhēng)格局
鎳合金在家用領(lǐng)域主要應(yīng)用在電子電工產(chǎn)品方面,主要應(yīng)用于電視制造、家電制造等。
曾經(jīng)預(yù)測(cè)銅合金引線框架帶材將完全代替鎳合金引線框架帶材的情況,目前通過市場(chǎng)的甄別分類,顯示出鎳合金不能完全代替,并且已基本形成鎳合金占20%,銅合金占80%的比例。近年來隨著集成電路的小型化,Ni42鎳合金帶材由于特殊的性能,用量在擴(kuò)大。
二、驅(qū)動(dòng)力
1、鎳基合金材料國產(chǎn)化水平較低,機(jī)會(huì)較大
我國已是世界彩電、彩管生產(chǎn)的大國,但是到目前為止,彩管用金屬功能材料基本上依靠進(jìn)口,彩管材料的國產(chǎn)化率不足10%,這為我國精密合金行業(yè)的發(fā)展提供了發(fā)展空間,高精度精密合金板帶材已列入國家鼓勵(lì)發(fā)展的高科技項(xiàng)目,因此顯像管電視用鎳合金帶材將仍有很大的量。
2、鎳基合金材料在電視機(jī)行業(yè)的不可替代性。
3、低膨脹鎳合金優(yōu)勢(shì)明顯。
三、阻礙因素
1、電視機(jī)等家用電子行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈,整體步入微利時(shí)代。
彩電行業(yè)在家電行業(yè)中甚至于與經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域內(nèi)的任何一個(gè)行業(yè)相比,都可以說是市場(chǎng)化程度最深的行業(yè)之一。低價(jià)格策略的無序競(jìng)爭(zhēng)使彩電行業(yè)整體進(jìn)入了微利時(shí)代,當(dāng)然這也許只是對(duì)久經(jīng)價(jià)格戰(zhàn)的國內(nèi)彩電廠商而言,外國的跨國公司不可以同日而語。
2、鎳基合金在家用電子行業(yè)應(yīng)用比重的下降。
一、競(jìng)爭(zhēng)格局
國際鎳業(yè)研究組織(INSG)預(yù)期2011年全球鎳消費(fèi)量將由2010年的143萬噸升至153萬噸。INSG對(duì)2010年和2011年的產(chǎn)量預(yù)期不包括可能影響產(chǎn)量的調(diào)整因素。2009年鎳市場(chǎng)過剩量約為11萬噸,全球產(chǎn)量為135萬噸,消費(fèi)量為124萬噸。
二、驅(qū)動(dòng)力
國內(nèi)鎳合金市場(chǎng)需求迅速增加,發(fā)展前景良好,而目前國內(nèi)鎳合金帶材加工行業(yè)處于老產(chǎn)業(yè)和新產(chǎn)業(yè)更替階段,市場(chǎng)機(jī)遇良好。國內(nèi)鎳合金加工水平整體落后,體現(xiàn)在工藝技術(shù)、產(chǎn)品規(guī)格、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模等方面,國家急需的電子電工行業(yè)鎳合金帶材、工業(yè)建設(shè)鎳合金板材等。
三、阻礙因素
1、國內(nèi)鎳合金加工水平整體落后
主要體現(xiàn)在工藝技術(shù)、產(chǎn)品規(guī)格、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模等方面,國際急需的電子電工行業(yè)鎳合金帶材、工業(yè)建設(shè)鎳合金板材等,目前大部分依賴國外進(jìn)口,受到國外制約。因此,全面提升鎳合金加工水平、加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進(jìn)步顯得非常緊迫,這是國家對(duì)鎳合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求,也是加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必需。
2、原材料價(jià)格波動(dòng)較大,成為未來主要的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)
鎳及鎳合金板帶材作為重要的金屬材料具有很強(qiáng)的增值能力,隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)鎳幾鎳合金板帶材的需求日益旺盛,產(chǎn)品價(jià)格也將隨著市場(chǎng)的發(fā)展發(fā)生波動(dòng)。
以鎳為基加入其他元素組成的合金就叫鎳合金。鎳具有良好的力學(xué)、物理和化學(xué)性能,添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蝕性、高溫強(qiáng)度和改善某些物理性能。鎳合金可作為電子管用材料、精密合金(磁性合金、精密電阻合金、電熱合金等)、鎳基高溫合金以及鎳基耐蝕合金和形狀記憶合金等。在能源開發(fā)、化工、電子、航海、航空和航天等部門中,鎳合金都有廣泛用途。鎳能與銅、鐵、錳、鉻、硅、鎂組成多種合金。其中鎳銅合金是著名的蒙乃爾合金,它強(qiáng)度高,塑性好,在750度以下的大氣中,化學(xué)性能穩(wěn)定,廣泛用于電氣工業(yè),真空管,化學(xué)工業(yè),醫(yī)療器材和航海船舶工業(yè)等方面。
一、鎳基合金定義
鎳基合金一般以Ni含量超過30wt%之合金稱之,常見產(chǎn)品之Ni含量都超過50wt%, 由于具有超群的高溫機(jī)械強(qiáng)度與耐蝕性質(zhì),與鐵基和鈷基合金合稱為超合金(Superalloy),一般是應(yīng)用在540℃以上的高溫環(huán)境,并依其使用場(chǎng)合,選用不同合金設(shè)計(jì),多用于特殊耐蝕環(huán)境、高溫腐蝕環(huán)境、需具備高溫機(jī)械強(qiáng)度之設(shè)備。常應(yīng)用于航天、能源、石化工業(yè)或特殊電子/光電等領(lǐng)域。
二、起源與發(fā)展
鎳基合金是30年代后期開始研制的,英國于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti);為了提高潛變強(qiáng)度又添加Al,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al);而美國于40年代中期,俄羅斯于40年代后期,中國于50年代中期也先后開發(fā)出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個(gè)方面,即合金成分的改良和生產(chǎn)技術(shù)的革新。
50年代初,真空熔煉技術(shù)的發(fā)展,為煉制含高Al和Ti 的鎳基合金創(chuàng)造了條件,而帶動(dòng)了合金強(qiáng)度與使用溫度的大幅提高。50年代后期,由于渦輪葉片工作溫度的提高,要求合金有更高的高溫強(qiáng)度,但是合金的強(qiáng)度高了,就難以變形,甚至不能變形,于是采用精密鑄造技術(shù),發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的方向性結(jié)晶和單晶高溫合金,以及粉末冶金高溫合金。
為了滿足艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要,60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高Cr鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時(shí)間內(nèi),鎳基合金的工作溫度從700 提高1,100℃,平均每年提高10℃左右。時(shí)至今日,鎳基合金之使用溫度已可超過1,100℃,從前述最初成份簡(jiǎn)單之Nimonic75 合金,到近期發(fā)展出之MA6000 合金,在1,100℃時(shí)拉伸強(qiáng)度可達(dá)2,220MPa、屈服強(qiáng)度為192MPa;其1,100℃/137MPa條件下之持久強(qiáng)度約達(dá)1,000小時(shí),可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。
S-N曲線以R=-1(對(duì)稱循環(huán))時(shí)的曲線作為基本曲線。