激光喷丸强化镍基合金的高温残余应力松弛模型及疲劳裂纹扩展特性

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51405204
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In this proposal, focus on the anti-fatigue manufacturing technology of the key hot end parts in mechanical engineering, investigation of residual stress relaxation behavior and fatigue crack growth properties subjected to laser peening on nickel-based alloys is carried out at elevated temperature. Microstructure evolution induced by laser peening and the effects on residual stress relaxation behavior at elevated temperature are studied, residual stress relaxation model subjected to laser peening and cyclic loading at the elevated temperature is established, and meanwhile, microstructure strengthening mechanism which improving high-temperature fatigue crack growth behavior is clarified. Numerical analysis platform among laser parameters, compressive residual stress and high-temperature fatigue crack growth is established, and numerical simulation of high-temperature fatigue crack growth behavior under compressive residual stress fields is performed, which can predict the stress intensity factor of crack tip, the fatigue crack growth rate as well as high temperature fatigue life subjected to laser peening. Laser peening and high temperature fatigue crack growth experiments are carried out, relational models between the released residual stress and stress intensity factor of crack tip as well as the fatigue crack growth rate are established. Finally, the evaluation on stability of residual stress and microstructure and standard for life extension technology can be obtained. The research can enrich and develop the basic theory of surface modification technologies, furthermore, promote applications of laser peening technology in the field of anti-fatigue manufacturing engineering.
本项目针对工程领域中关键热端部件的抗高温疲劳制造问题,以典型高温镍基合金为研究对象,开展激光喷丸强化后的高温残余应力松弛行为及其疲劳裂纹扩展特性研究。研究激光喷丸作用下材料微观组织的演变及其对高温残余应力释放行为的影响,建立激光喷丸诱导的残余压应力在高温循环载荷下的松弛模型,阐明改善高温疲劳裂纹扩展特性的微观组织强化机制;建立激光喷丸工艺参数-残余应力分布-高温疲劳裂纹扩展特性集成的数字化分析平台,进行残余压应力场下的高温疲劳裂纹扩展特性数值模拟,实现裂纹尖端应力强度因子、疲劳裂纹扩展速率和高温疲劳寿命的预测;开展激光喷丸强化及其高温疲劳裂纹扩展试验,建立松弛残余压应力与裂纹尖端应力强度因子、疲劳裂纹扩展速率的关系模型,获得应力强化和组织强化效应稳定性的评价方法及抗高温疲劳制造工艺准则。研究成果将丰富和发展表面改性延寿的基础理论,推动激光喷丸技术在抗疲劳制造工程领域的应用。

结项摘要

针对工程领域中关键热端部件的抗高温疲劳制造问题,以典型高温镍基合金IN718为研究对象,开展激光喷丸强化后的高温残余应力松弛行为及其疲劳裂纹扩展特性研究。(1)根据IN718镍基合金的析出强化机制,分析激光喷丸诱导的残余压应力在高温和循环载荷作用下的释放规律;建立高温过程中晶粒尺寸和位错密度的演变模型,从动态再结晶角度,通过分析析出相及位错密度的影响,探讨激光喷丸对IN718镍基合金高温疲劳特性的增益机制;(2)利用ABAQUS-MSC.Fatigue有限元软件编制高温疲劳性能数值分析模块,分析激光喷丸后单联中心孔拉伸试样孔周表层残余应力分布的奇异性,研究不同激光功率密度和服役温度下,试样在疲劳加载过程中的危险节点,探讨不同区域的疲劳损伤对于试样疲劳全寿命的影响程度,以此建立激光喷丸试样疲劳寿命估算模型;(3)开展典型试样激光喷丸强化试验、高温保持试验及常高温疲劳拉伸试验,研究激光喷丸IN718镍基合金在高温服役条件下的残余应力松弛行为和微观组织演变规律,探讨激光喷丸处理及高温服役条件对镍基合金表层塑性形变、残余压应力、表面纳米硬度、晶粒尺寸及位错结构的影响,揭示宏观应力松弛行为与微观组织演变之间的关系,探索喷丸前后试样中晶粒重排与疲劳特性的关系;(4)系统分析激光喷丸强化IN718合金在常温和高温疲劳拉伸过程中的疲劳特性,对疲劳拉伸试样疲劳源萌生区、疲劳裂纹扩展区以及裂纹瞬断区的微观形貌特征等进行定性及定量分析,阐述激光喷丸后合金典型疲劳微观特征在高温下的演变机理,探讨激光喷丸强化对IN718合金高温疲劳裂纹扩展抗力的增益机制。研究成果将丰富和发展表面改性延寿的基础理论,推动激光喷丸技术在抗疲劳制造工程领域的应用。研究发表学术论文16篇,其中SCI收录12篇,EI收录4篇,申请国家发明专利12 件,其中已获批授权11 件,协助培养博士研究生2名,硕士研究生3名。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(13)
IN718镍基合金激光喷丸微观组织特性及其高温稳定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄舒;盛杰;周建忠;王作伟;章海峰;徐苏强;鲁金忠
  • 通讯作者:
    鲁金忠
激光温喷丸IN718镍基合金残余应力高温释放行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周建忠;韩煜航;黄舒;孟宪凯;盛杰;朱炜立;徐苏强
  • 通讯作者:
    徐苏强
Influence of laser peening on the hydrogen embrittlement resistance of 316L stainless steel
激光喷丸对316L不锈钢抗氢脆性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2017.08.037
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Surface and Coatings Technology
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Agyenim-Boateng Emmanuel;Huang Shu;Sheng Jie;Yuan Guang;Wang Zuowei;Zhou Jianzhong;Feng Aixing
  • 通讯作者:
    Feng Aixing
Effects of warm laser peening at elevated temperature on the low-cycle Cross Mark fatigue behavior of Ti6Al4V alloy
高温温激光喷丸对Ti6Al4V合金低周疲劳行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2015.07.017
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhou J. Z.;Meng X. K.;Huang S.;Sheng J.;Lu J. Z.;Yang Z. R.;Su C.
  • 通讯作者:
    Su C.
激光喷丸强化IN718合金晶粒重排与疲劳特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄舒;盛杰;谭文胜;王作伟;孟宪凯;刘牧熙;杨小乐
  • 通讯作者:
    杨小乐

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其他文献

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐家乐
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    孙昀杰
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    --
  • 发表时间:
    --
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    --
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  • 通讯作者:
    孙月庆
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    --
  • 发表时间:
    --
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄舒;胡磊;盛杰;孟宪凯;宋云剑;鲁金忠;周建忠
  • 通讯作者:
    周建忠
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙云辉;周建忠;盛杰;黄舒;徐苏强;李京;徐高峰
  • 通讯作者:
    徐高峰

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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