長期時效對GH4169合金組織演化及低周疲勞行為的影響
發布人：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律與機制，定量描述組織與性能的相關關系，為建立典型高溫合金服役組織演化和性能退化之定量關系提供有效依據，以期為基于材料顯微組織特性預測其疲勞變形行為、建立基于組織演化的渦輪盤壽命預測模型提供基礎。
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、過載導致偶發高應變低周疲勞損傷，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、應變幅等參數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律與機制，定量描述組織與性能的相關關系，為建立典型高溫合金服役組織演化和性能退化之定量關系提供有效依據，以期為基于材料顯微組織特性預測其疲勞變形行為、建立基于組織演化的渦輪盤壽命預測模型提供基礎。
研究用GH4169合金的化學成分（質量分數，%）為：C0.023，Fe17.30，Cr17.92，Mo2.98，Al0.52，Ti1.00，Nb5.40，Mn0.08，P0.009，B0.004，Ni余量。合金經真空感應和真空自耗熔煉，鑄錠經均勻化處理后熱軋成直徑為100?mm的棒材，再經過熱鍛造成直徑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。合金經標準熱處理（1050℃，1h，空冷，720℃，8h，爐冷，50℃/h速率冷卻至620℃后，620℃，8h，空冷）。將經標準熱處理的樣品在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，體積分數降低，部分轉變為δ相。δ相由顆粒狀逐漸成長為短棒狀、長針狀，尺寸增大、體積分數增加，其周圍生成無γ″相析出帶，體積分數增加、寬度增大。
（2）GH4169合金經750℃長期時效處理后，低周疲勞變形過程中均呈循環硬化、循環穩定、循環軟化的特征。但隨時效時間延長，合金最大循環應力響應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、體積分數降低，強化效果減弱。大量γ″相轉變為δ相，導致合金強度降低，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、粗化并轉化為δ相導致。當合金中γ″相體積分數降低至18%，δ相體積分數達到3.5%時，最大循環抗力下降8.3%，低周疲勞壽命下降14.8%；而當γ″相體積分數降低至4.0%，δ相體積分數達到19.4%時，最大循環抗力下降32.4%，低周疲勞壽命下降35%。
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