多元组织因素和力性参数对粉末高温合金裂纹扩展速率的综合影响规律

Improving damage tolerance performance is the key issue for P/M superalloy. Crack propagation growth is a significant indicator for damage tolerance. How to turn single and scatter factors into multiparameter synthetical approach for crack propagation ratio seems more important. By abundant experiment accumulations and pioneered works, A multi-microstructure and mechanical property parameter analytical method is invistigated by means of synthetical experimental design, data processing and multiple linear regression analysis method. Based on these experiment results and theory calculation, it is obtained the quantitative association rules between crack propagation growth with multi microstructure factors and typic mechanical property parameters.

从宏、微观结合的角度分析以提高材料损伤容限性能的主要因素和参数，具有重要意义。高损伤容限粉末高温合金研发乃当今我国航空发动机之急需。裂纹扩展速率又是表征损伤容限性能的重要指标，而如何把以往对高温合金裂纹扩展速率的单一因素和分散性研究转变为多因素综合分析，建立一种多参数综合分析裂纹扩展速率的方法，又是一项艰巨和更为重要的选题。本项目是在申请人已积累大量高温合金裂纹扩展实验数据及初步开展综合多因素关联研究基础上，提出和设计了一种多参数综合分析粉末高温合金裂纹扩展速率的方法，通过系统实验设计并经数据处理，再利用多元回归数值计算的综合分析手段，建立裂纹扩展及其过程与多元组织因素和简单力性参数的定量关联规律。依此定量关系提出低裂纹扩展速率高损伤容限的第三代粉末高温合金的组织构建原则和合金设计原则，并经逆向设计提出热处理等工艺的制定依据。为高损伤容限的合金设计及材料工艺制定提供实验和理论依据。

系统研究了高温下裂纹在Paris区的扩展特征，就单一组织、多组织因素和环境因素对裂纹扩展规律进行深入的分析，为合金在高温下的损伤容限设计提供可靠的思路和方向。. 通过对粉末镍基高温合金及典型的变形高温合金等的裂纹扩展曲线及高温下裂纹在Paris区的扩展机制进行系统分析，提出了稳定扩展韧性ΔKT和稳定扩展寿命系数Ds概念及ΔKT–Ds关系构建的裂纹稳定扩展特征图，以表征裂纹在高温下扩展的稳定性。构建了多组织因素交互影响模型，从而获得不同组织特征对裂纹扩展影响的权重，为高稳定裂纹扩展合金设计优先考虑哪种组织因素提供了依据。同时，对裂纹扩展速率与力学性能的关联性进行了系统的研究，提出力学性能综合参数可较好表征多种高温合金抗裂纹扩展的能力。. 进一步通过对不同温度及加载应力下研究合金的裂纹扩展规律分析，观察到在某个温度或加载应力下裂纹扩展寿命显著下降的温度或应力敏感现象。.大量典型镍基高温合金疲劳裂纹扩展行为分析的基础上，提出了对Paris区再划分的裂纹稳定扩展特征图，对多组织和环境因素的影响规律进行了系统阐述，为设计具有高的裂纹扩展稳定性的组织和评价服役条件提供了实验和理论依据及可行的研究方法。