高溫合金耐高溫性能熱處理

GH3044合金是一種固溶強化的裸基抗氧化合金，在900T以下具有較高的塑性和適中的熱強度，抗氧化性能優(yōu)異。適合制造900%:以下航空發(fā)動(dòng)機主燃燒室、加力燃燒室零件長(cháng)期。在實(shí)際服役條件下，由于長(cháng)期高溫和復雜交變載荷的作用，航空發(fā)動(dòng)機熱端零件經(jīng)常發(fā)生高應力(應變)水平的低周疲勞損傷。因此，高溫下應變和疲勞造成的損傷成為影響此類(lèi)部件使用壽命的一個(gè)不可忽視的因素。對GH3044合金在600 D應變控制模式下的低周疲勞性能進(jìn)行了分析和測試，研究了其循環(huán)應力應變響應行為、應變壽命關(guān)系等。被研究過(guò)介紹了該合金在應變控制下疲勞變形和損傷的一般規律，并利用各種模型預測了該合金的疲勞壽命，可為該合金的成分設計、壽命確定和壽命延長(cháng)提供參考。

試驗材料 實(shí)驗材料為GH3044棒材，其密度為8。89×10 ×,采用電弧爐和真空自耗再溶解工藝熔煉kg/m3o合金，軋制成直徑為18mm×1000mm的棒材。固溶(H40°C，保溫1h，空冷)后，按照圖1加工成低周疲勞試樣進(jìn)行試驗。合金的化學(xué)成分如表 

檢測方法 低周疲勞試驗在島津EHF-EA10電液伺服疲勞試驗機上進(jìn)行。試驗采用軸向全應變控制。引伸計的標距為12mm，標距內的應變通過(guò)引伸計與樣品表面通過(guò)應時(shí)刀口接觸來(lái)測量。加載波形為總角波，應變比(最小應變與最大應變之比)為-1，試驗溫度為600t·t，試樣由爐內電阻絲加熱，溫度波動(dòng)由分布在標距附近的熱電偶控制，溫度波動(dòng)控制在2以?xún)?。?shí)驗的數據采集由計算機完成，每次實(shí)驗進(jìn)行到樣品斷裂。鋼絞線(xiàn)試驗方法參照GB/T 15248- 2008《金屬材料軸向等幅低周試驗方法》的規定。超聲波清洗后，用JSM 5600LV掃描電鏡觀(guān)察斷裂試樣。 

循環(huán)應力應變行為 材料的循環(huán)應力應變性能反映了材料在低周疲勞下的真實(shí)應力應變特性。循環(huán)應力應變關(guān)系可以用應力幅和塑性應變幅(3)來(lái)表示，即公式(1): 

高溫合金耐高溫性能熱處理其中A//2為循環(huán)應力幅，優(yōu)，/2為循環(huán)塑性應變幅，<為循環(huán)硬化指數，top為循環(huán)強度系數。圖2顯示了GH3044合金在600℃下的循環(huán)應力-應變關(guān)系曲線(xiàn)，圖中的所有數據點(diǎn)都是從半衰期(N/2)時(shí)的循環(huán)磁滯回線(xiàn)獲得的。根據公式(1 ),可以通過(guò)使用雙對數坐標對數據進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析來(lái)獲得/和k’的值，如表2所示。圖中實(shí)線(xiàn)是擬合實(shí)驗數據得到的近似曲線(xiàn)。

循環(huán)應力響應行為 在低周疲勞性能試驗中，對于每個(gè)給定的總應變幅值，記錄應力值隨循環(huán)次數的變化。應力隨循環(huán)次數的變化(即材料的循環(huán)應力響應曲線(xiàn))宏觀(guān)上反映了合金在不同溫度和其他實(shí)驗條件下的應變硬化/軟化行為，是材料微觀(guān)結構變化的宏觀(guān)表現。圖3顯示了GH3044合金在600噸下的循環(huán)應力響應曲線(xiàn)。從圖3可以看出，在不同的外加總應變幅下，GH3044合金600始終表現出循環(huán)硬化現象。這是因為在疲勞循環(huán)變形過(guò)程中，位錯之間以及位錯與析出物之間的相互作用會(huì )強烈阻礙位錯運動(dòng)，從而導致位錯堵塞。因此，必須增加外加載荷以保持應變不變，這將導致循環(huán)應力的增加，即循環(huán)硬化(1)；圖中還有一個(gè)重音的突降。這種驟降是由于材料在反復循環(huán)變形后的疲勞損傷，導致裂紋失穩擴展階段。

Manson-Coffin方程 目前，國內材料數據手冊中采用Manson-Coffin方程來(lái)處理低周疲勞。對于總應變控制的低周疲勞試驗，總應變幅由兩部分(3)組成:巖溶應變幅和彈性應變幅，即: 

它們是彈性應變幅、塑性應變幅和總應變幅。對于沒(méi)有穩定遲滯回線(xiàn)的材料，塑性應變幅值和彈性應變幅值通常由半衰期的應力-應變遲滯回線(xiàn)得到。此外，它們與疲勞壽命有以下關(guān)系: 

其中，er '是疲勞強度系數，即疲勞延展性系數，2是斷裂時(shí)載荷的倒數，6是疲勞強度指數，C是疲勞延展性指數，E是彈性模量MPa。為了更實(shí)際地反映低周疲勞特性，循環(huán)條件下的動(dòng)態(tài)彈性模量作為實(shí)際運行中的彈性模量?？倯兎岛筒牧系椭芷趬勖g的關(guān)系可表示如下: 

循環(huán)應力響應行為 在低周疲勞性能試驗中，對于每個(gè)給定的總應變幅值，記錄應力值隨循環(huán)次數的變化。應力隨循環(huán)次數的變化(即材料的循環(huán)應力響應曲線(xiàn))宏觀(guān)上反映了合金在不同溫度和其他實(shí)驗條件下的應變硬化/軟化行為，是材料微觀(guān)結構變化的宏觀(guān)表現。圖3顯示了GH3044合金在600噸下的循環(huán)應力響應曲線(xiàn)。從圖3可以看出，在不同的外加總應變幅下，GH3044合金600始終表現出循環(huán)硬化現象。這是因為在疲勞循環(huán)變形過(guò)程中，位錯之間以及位錯與析出物之間的相互作用會(huì )強烈阻礙位錯運動(dòng)，從而導致位錯堵塞。因此，必須增加外加載荷以保持應變不變，這將導致循環(huán)應力的增加，即循環(huán)硬化。圖中還有一個(gè)重音的突降。這種驟降是由于材料在反復循環(huán)變形后的疲勞損傷，導致裂紋失穩擴展階段。

5低周疲勞斷口形貌 觀(guān)察了GH3044和600Y的低周疲勞斷口形貌。當應變幅較大時(shí)，斷口的疲勞區較小，斷口的疲勞區所占比例較大。疲勞斷裂有三個(gè)區域，即疲勞源區、擴展區和瞬時(shí)斷裂區。畫(huà)圖7和圖8分別顯示了GH3044合金600 dragon的高應變振幅。 (△旦尼爾/2 = 0。8%，這里= 570)和低應變幅(優(yōu)/2 = 0.3%，稱(chēng)為=13215)。從圖中可以看出，在不同的應變幅下，疲勞裂紋都是沿試樣表面起始的，但在高應變幅下，疲勞裂紋是沿試樣表面多點(diǎn)起始的(見(jiàn)圖7a)，在源區附近可以看到明顯的徑向脊狀形貌；然而，在低應變幅下，疲勞斷裂源于試樣表面，是一個(gè)點(diǎn)源(見(jiàn)圖8a)。在不同的應變幅下，在膨脹區可以看到明顯的疲勞帶和二次裂紋(見(jiàn)圖7b和圖8b)，瞬時(shí)斷裂區以韌窩斷裂為特征，但韌窩較淺，有劃痕(見(jiàn)圖7c和圖8c）。

結論

(1）GH3044合金在600Y時(shí)在不同應變振幅下表現出循環(huán)硬化； (2) Manson- Coffin方程、三參數μ函數方程和拉伸滯回能量模型(。Stergren)對GH3044合金600的壽命預測精度基本在彌散帶的2倍以?xún)?，但拉伸滯后能量模型在標準差和彌散帶方面的壽命預測精度優(yōu)于Manson-Coffin方程和三參數簾函數公式。 (3)疲勞裂紋均起源于試樣表面，但在高應變幅下表現為多源特征，在低應變幅下表現為單源特征。