至晶粒尺寸对GH4169镍基合金疲劳小裂纹扩展的影响

技术资料发布时间:2021-10-06

晶粒尺寸对GH4169镍基合金疲劳小裂纹扩展的影响

目前,应用断裂力学研究金属结构疲劳裂纹扩大时针对的都是几毫米,乃至是几10毫米的 ldquo;长裂纹 rdquo;。但是,由于近几年损伤容限法则的建立,1些由疲劳失效控制的工程构件,如航空发动机涡轮盘和叶片,它们的设计要求必须了解小尺度(裂纹长度从几微米到2mm)疲劳裂纹(简称小裂纹)的扩大特点。美国材料实验学会颁布的E647-00《疲劳裂纹扩大速率丈量标志实验方法》规定:如果1条裂纹的所有几何尺寸(对表面裂纹而言,同时包括它的长度和深度)与相干的微观结构尺度、连续介质力学尺度或物理尺度相比都较小的话,则将其定义为 ldquo;小裂纹 rdquo;;而当裂纹长度到达材料的微观结构不足以影响其扩大时,即裂纹转变成长裂纹。最近愈来愈多的研究结果表明,当裂纹名义驱动力相同时,小裂纹的扩大速率比长裂纹的高很多,因此把针对长裂纹的疲劳断裂设计理论直接用于含小裂纹构件的疲劳寿命设计,可能致使对其疲劳寿命的估计太高。

随着国产GH4169合金生产技术的日渐成熟和使用范围的日趋扩大,研究其小裂纹的疲劳扩大需要注意1个问题行动,能够为国产航空发动机涡轮盘的长寿命设计提供重大帮助。目前,有关GH4169镍基合金疲劳小裂纹扩大的实验研究,特别是晶粒尺寸对小裂纹扩大的影响研究鲜有报导。为此,科研人员对GH4169镍基高温合金进行了不同温度固溶加双级时效热处理,研究了不同固溶温度处理后的晶粒尺寸及力学性能和晶粒尺寸对疲劳小裂纹扩大行动的影响。

实验材料为热连轧GH4169镍基高温合金棒材,尺寸为 Phi;44mm times;3000mm,晶粒度9~11,平均晶粒尺寸6 m,其化学成份(质量分数,%)为C0.82,Al0.44,Si0.18,Ti1.16,Cr19.55,Fe18.93,Nb5.19,S0.003,Mo2.74,P0.005,余Ni。采取线切割机将合金棒材切割成尺寸为 Phi;16mm times;140mm试样和5mm times;5mm times;5mm的金相试样,在不同的固溶温度下进行1h固溶处理,空冷,再进行(720 plusmn;5)℃ times;8h炉冷(冷速50℃ bull;h不难看出弹黄的检测有多关键⑴)和(620 plusmn;5)℃ times;8h空冷的双级时效处理,固溶温度分别为985、1010、1020、1035、1050℃。实验结果表明:

(1)在不同温度固溶和双级时效处理后,随着固溶温度的升高,实验合金的晶粒尺寸明显增大,强度降落。

(2)随着平均晶粒尺寸的进口成品纸本钱抬真金板A级防火保温板是热固性保温材料升增大,实验合金的疲劳寿命延长;疲劳小裂纹阶段占据了疲劳寿命的70%~80%,1旦小裂纹尺寸长度到达临界尺寸,裂纹会快速扩大至断裂;平均晶粒尺寸较小的实验合金中小裂纹临界尺寸较小。

(3)小裂纹阶段,实验合金中裂纹扩大速率波动性大,有时会出现减速或止裂现象,平均晶粒尺寸对小裂纹扩大速率的影响不明显;长裂纹阶段,裂纹扩大速率随着晶粒尺寸的增大而下降。