高温合金耐高温性能热处理

高温合金耐高温性能热处理

GH3044合金是一种固溶强化的裸基抗氧化合金，在900T以下具有较高的塑性和适中的热强度，抗氧化性能优异。适合制造900%:以下航空发动机主燃烧室、加力燃烧室零件长期。在实际服役条件下，由于长期高温和复杂交变载荷的作用，航空发动机热端零件经常发生高应力(应变)水平的低周疲劳损伤。因此，高温下应变和疲劳造成的损伤成为影响此类部件使用寿命的一个不可忽视的因素。对GH3044合金在600 D应变控制模式下的低周疲劳性能进行了分析和测试，研究了其循环应力应变响应行为、应变寿命关系等。被研究过介绍了该合金在应变控制下疲劳变形和损伤的一般规律，并利用各种模型预测了该合金的疲劳寿命，可为该合金的成分设计、寿命确定和寿命延长提供参考。

试验材料 实验材料为GH3044棒材，其密度为8。89×10 ×,采用电弧炉和真空自耗再溶解工艺熔炼kg/m3o合金，轧制成直径为18mm×1000mm的棒材。固溶(H40°C，保温1h，空冷)后，按照图1加工成低周疲劳试样进行试验。合金的化学成分如表 

检测方法 低周疲劳试验在岛津EHF-EA10电液伺服疲劳试验机上进行。试验采用轴向全应变控制。引伸计的标距为12mm，标距内的应变通过引伸计与样品表面通过应时刀口接触来测量。加载波形为总角波，应变比(最小应变与最大应变之比)为-1，试验温度为600t·t，试样由炉内电阻丝加热，温度波动由分布在标距附近的热电偶控制，温度波动控制在2以内。实验的数据采集由计算机完成，每次实验进行到样品断裂。钢绞线试验方法参照GB/T 15248- 2008《金属材料轴向等幅低周试验方法》的规定。超声波清洗后，用JSM 5600LV扫描电镜观察断裂试样。 

循环应力应变行为 材料的循环应力应变性能反映了材料在低周疲劳下的真实应力应变特性。循环应力应变关系可以用应力幅和塑性应变幅(3)来表示，即公式(1): 

高温合金耐高温性能热处理其中A//2为循环应力幅，优，/2为循环塑性应变幅，<为循环硬化指数，top为循环强度系数。图2显示了GH3044合金在600℃下的循环应力-应变关系曲线，图中的所有数据点都是从半衰期(N/2)时的循环磁滞回线获得的。根据公式(1 ),可以通过使用双对数坐标对数据进行线性回归分析来获得/和k’的值，如表2所示。图中实线是拟合实验数据得到的近似曲线。

循环应力响应行为 在低周疲劳性能试验中，对于每个给定的总应变幅值，记录应力值随循环次数的变化。应力随循环次数的变化(即材料的循环应力响应曲线)宏观上反映了合金在不同温度和其他实验条件下的应变硬化/软化行为，是材料微观结构变化的宏观表现。图3显示了GH3044合金在600吨下的循环应力响应曲线。从图3可以看出，在不同的外加总应变幅下，GH3044合金600始终表现出循环硬化现象。这是因为在疲劳循环变形过程中，位错之间以及位错与析出物之间的相互作用会强烈阻碍位错运动，从而导致位错堵塞。因此，必须增加外加载荷以保持应变不变，这将导致循环应力的增加，即循环硬化(1)；图中还有一个重音的突降。这种骤降是由于材料在反复循环变形后的疲劳损伤，导致裂纹失稳扩展阶段。

Manson-Coffin方程 目前，国内材料数据手册中采用Manson-Coffin方程来处理低周疲劳。对于总应变控制的低周疲劳试验，总应变幅由两部分(3)组成:岩溶应变幅和弹性应变幅，即: 

它们是弹性应变幅、塑性应变幅和总应变幅。对于没有稳定迟滞回线的材料，塑性应变幅值和弹性应变幅值通常由半衰期的应力-应变迟滞回线得到。此外，它们与疲劳寿命有以下关系: 

其中，er '是疲劳强度系数，即疲劳延展性系数，2是断裂时载荷的倒数，6是疲劳强度指数，C是疲劳延展性指数，E是弹性模量MPa。为了更实际地反映低周疲劳特性，循环条件下的动态弹性模量作为实际运行中的弹性模量。总应变幅值和材料低周疲劳寿命之间的关系可表示如下: 

循环应力响应行为 在低周疲劳性能试验中，对于每个给定的总应变幅值，记录应力值随循环次数的变化。应力随循环次数的变化(即材料的循环应力响应曲线)宏观上反映了合金在不同温度和其他实验条件下的应变硬化/软化行为，是材料微观结构变化的宏观表现。图3显示了GH3044合金在600吨下的循环应力响应曲线。从图3可以看出，在不同的外加总应变幅下，GH3044合金600始终表现出循环硬化现象。这是因为在疲劳循环变形过程中，位错之间以及位错与析出物之间的相互作用会强烈阻碍位错运动，从而导致位错堵塞。因此，必须增加外加载荷以保持应变不变，这将导致循环应力的增加，即循环硬化。图中还有一个重音的突降。这种骤降是由于材料在反复循环变形后的疲劳损伤，导致裂纹失稳扩展阶段。

5低周疲劳断口形貌 观察了GH3044和600Y的低周疲劳断口形貌。当应变幅较大时，断口的疲劳区较小，断口的疲劳区所占比例较大。疲劳断裂有三个区域，即疲劳源区、扩展区和瞬时断裂区。画图7和图8分别显示了GH3044合金600 dragon的高应变振幅。 (△旦尼尔/2 = 0。8%，这里= 570)和低应变幅(优/2 = 0.3%，称为=13215)。从图中可以看出，在不同的应变幅下，疲劳裂纹都是沿试样表面起始的，但在高应变幅下，疲劳裂纹是沿试样表面多点起始的(见图7a)，在源区附近可以看到明显的径向脊状形貌；然而，在低应变幅下，疲劳断裂源于试样表面，是一个点源(见图8a)。在不同的应变幅下，在膨胀区可以看到明显的疲劳带和二次裂纹(见图7b和图8b)，瞬时断裂区以韧窝断裂为特征，但韧窝较浅，有划痕(见图7c和图8c）。

结论

(1）GH3044合金在600Y时在不同应变振幅下表现出循环硬化； (2) Manson- Coffin方程、三参数μ函数方程和拉伸滞回能量模型(。Stergren)对GH3044合金600的寿命预测精度基本在弥散带的2倍以内，但拉伸滞后能量模型在标准差和弥散带方面的寿命预测精度优于Manson-Coffin方程和三参数帘函数公式。 (3)疲劳裂纹均起源于试样表面，但在高应变幅下表现为多源特征，在低应变幅下表现为单源特征。