Quantitative Evaluation of residual life of heat-resistant alloy under random creep-fatigue loadings at elevated temperature

高温随机蠕变疲劳载荷下耐热合金剩余寿命的定量评价

基本信息

批准号：
21H01205
负责人：
三浦英生
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では各種高効率エネルギープラントで応用される最先端耐熱合金の高温クリープ疲労損傷の支配因子の定量的な解明を目的としている．この劣化損傷の進行過程を，構造材料の高温高負荷環境における劣化損傷が材料を構成する構成原子の応力依存の異方的増速原子拡散現象（D = D0exp{-(Q-σV)/kT}）に基づき発生することを明らかにした．ここでDは拡散定数，D0は定数，Qは熱力学的に定義される平衡状態での活性化エネルギー，σは作用する応力，Vは等価体積，kはボルツマン定数，Tは絶対温度である．特に本年度においては応力依存項を高精度化し，劣化損傷の活性化エネルギーをQ’ = Q - (SF)σnom V [ 1 - exp{-α(εnom +εint -εcr)}]で表現することで粒界品質に依存した劣化の活性化エネルギーの多様性を定量的に把握できることを実証した．ここでSFは粒界を構成する結晶粒のSchmid因子の最大値，αは定数，σnomは公称応力，εnomは公称ひずみ，εintは格子不整合，εcrは弾性限界ひずみである．この局所的ひずみエネルギーに依存して粒界近傍の活性化エネルギーが減少し，原子空孔や転位の発生，集積が加速することで粒界品質が劣化し，結果として粒界強度が減少することで粒界割れが急激に加速し破断寿命の著しい現象を引き起こすことを定量的に解明した．また，この粒界強度の劣化現象を分子動力学解析によって確認実証した．粒界近傍に発生する局所ひずみ集中場は，格子不整合に加えて，隣接する結晶粒間の結晶方位差に基づく弾性率差によって公称応力下で発生するひずみ差が重畳することで上記劣化損傷がさらに加速することが明らかになった．

本研究的目的是定量阐明各种高效能源工厂使用的尖端耐热合金高温蠕变疲劳损伤的控制因素。这种劣化损伤的进展过程可以通过应力相关的各向异性增强原子扩散现象（D = D0exp{-(Q-σV)/kT }）来解释。其中 D 是扩散常数，D0 是常数，Q 是热力学定义的平衡活化能，σ 是施加的应力，V 是等效体积，k 是玻尔兹曼常数，T 是绝对温度．特别是，今年我们提高了应力相关项的精度，并将恶化损伤的激活能表示为 Q' = Q - (SF)σnom V [ 1 - exp{-α(εnom +εint -εcr)我们证明，可以根据晶界质量定量地了解降解活化能的多样性。其中，SF为构成晶界的晶粒的最大施密德因子，α为常数，σnom为名义应力，εnom为名义应变，εint为晶格失配，εcr为弹性极限应变。根据该局部应变能，晶界附近的活化能降低，加速原子空位和位错的产生和积累，降低晶界质量并导致晶界强度降低，定量地表明晶界裂纹迅速加速。并导致断裂寿命显着缩短的现象。此外，利用分子动力学分析证实并证明了这种晶界强度劣化的现象。晶界附近产生的局部应变集中场，除了由于相邻晶粒之间的晶体取向差异而产生的弹性模量差异，在标称应力下产生的应变差叠加，造成上述劣化损伤。很明显，这将进一步加速。

项目成果

期刊论文数量（28）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of Strain Rate on the Creep-Fatigue Damage of Polycrystalline Ni-Base Superalloy at Elevated Temperature

应变速率对多晶镍基高温合金高温蠕变疲劳损伤的影响

DOI：
10.1115/imece2022-94282
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Koki Nakayama; Hideo Miura
通讯作者：
Hideo Miura

Quantitative evaluations of improved surface integrity in ultrasonic rolling process for selective laser melted in-situ TiB2/Al composite

选择性激光熔化原位 TiB2/Al 复合材料超声波轧制过程中改善表面完整性的定量评估

DOI：
10.1016/j.jmapro.2022.03.026
发表时间：
2022-05-01
期刊：
Journal of Manufacturing Processes
影响因子：
6.2
作者：
Yi;Chengcheng Zhang;Run;Kaiming Zhang;Ji Wang;Shuwei Yao;Hao Chen;Xian;H. Miura
通讯作者：
H. Miura

Change of the Effective Strength of Grain Boundaries in Ni-base Superalloy GH4169 (IN718) under Creep-Fatigue Loadings at Elevated Temperatures

高温蠕变疲劳载荷下镍基高温合金 GH4169 (IN718) 晶界有效强度的变化