長期時效對GH4169合金組織演化及低周疲勞行為的影響
發(fā)布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-03-01
以GH4169合金為研究對象，研究其組織演化行為及對合金低周疲勞行為的影響規(guī)律與機制，定量描述組織與性能的相關(guān)關(guān)系，為建立典型高溫合金服役組織演化和性能退化之定量關(guān)系提供有效依據(jù)，以期為基于材料顯微組織特性預(yù)測其疲勞變形行為、建立基于組織演化的渦輪盤壽命預(yù)測模型提供基礎(chǔ)。
作為渦輪盤材料的GH4169合金，長期承受高溫及交變載荷的作用，同時受機械約束難免超載，超溫、過載導(dǎo)致偶發(fā)高應(yīng)變低周疲勞損傷，其服役安全性及部件的使用壽命受到顯著影響。為此，高溫合金的低周疲勞行為受到廣泛重視。溫度、受載時間、波形、應(yīng)變幅等參數(shù)均是影響合金疲勞變形行為的外界因素，而合金本身的組織演化特性起著決定性作用。
科研人員以GH4169合金為研究對象，研究其組織演化行為及對合金低周疲勞行為的影響規(guī)律與機制，定量描述組織與性能的相關(guān)關(guān)系，為建立典型高溫合金服役組織演化和性能退化之定量關(guān)系提供有效依據(jù)，以期為基于材料顯微組織特性預(yù)測其疲勞變形行為、建立基于組織演化的渦輪盤壽命預(yù)測模型提供基礎(chǔ)。
研究用GH4169合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為：C0.023，Fe17.30，Cr17.92，Mo2.98，Al0.52，Ti1.00，Nb5.40，Mn0.08，P0.009，B0.004，Ni余量。合金經(jīng)真空感應(yīng)和真空自耗熔煉，鑄錠經(jīng)均勻化處理后熱軋成直徑為100?mm的棒材，再經(jīng)過熱鍛造成直徑230mm，高95mm的盤材。自圓盤表層中心沿徑向取11mm×11mm×115mm的方形坯料。合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理（1050℃，1h，空冷，720℃，8h，爐冷，50℃/h速率冷卻至620℃后，620℃，8h，空冷）。將經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理的樣品在750℃下分別進行500、1000、1500和2000h的長期時效處理。將長期時效熱處理后的合金加工成標(biāo)距為直徑6mm，長30mm的棒狀低周疲勞試樣，在MTS-810電伺服液壓疲勞試驗機上進行低周疲勞試驗。試驗結(jié)果如下：
（1）GH4169合金在750℃進行長期時效處理，隨時效時間延長，γ′相長大粗化。γ″相尺寸增大，體積分數(shù)降低，部分轉(zhuǎn)變?yōu)棣南?/span>。δ相由顆粒狀逐漸成長為短棒狀、長針狀，尺寸增大、體積分數(shù)增加，其周圍生成無γ″相析出帶，體積分數(shù)增加、寬度增大。
（2）GH4169合金經(jīng)750℃長期時效處理后，低周疲勞變形過程中均呈循環(huán)硬化、循環(huán)穩(wěn)定、循環(huán)軟化的特征。但隨時效時間延長，合金最大循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)及低周疲勞壽命均降低。長期時效過程中合金的γ′相長大粗化，γ″相尺寸增大、體積分數(shù)降低，強化效果減弱。大量γ″相轉(zhuǎn)變?yōu)棣南?/span>，導(dǎo)致合金強度降低，同時裂紋易沿粗化的長針狀δ相及其周圍的無析出帶擴展。
（3）GH4169合金性能的劣化主要是由γ″相長大、粗化并轉(zhuǎn)化為δ相導(dǎo)致。當(dāng)合金中γ″相體積分數(shù)降低至18%，δ相體積分數(shù)達到3.5%時，最大循環(huán)抗力下降8.3%，低周疲勞壽命下降14.8%；而當(dāng)γ″相體積分數(shù)降低至4.0%，δ相體積分數(shù)達到19.4%時，最大循環(huán)抗力下降32.4%，低周疲勞壽命下降35%。
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