GH4698合金疲劳性能研究

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镍基变形高温合金GH4698是我国常用的航空发动机和燃气轮机涡轮盘材料。本文研究了GH4698合金的高低周疲劳性能、疲劳裂纹扩展行为及冷热疲劳性能。运用扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等方法分析了合金的断口形貌及显微组织,并对裂纹的萌生、扩展及断裂机理进行了探讨,运用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了合金疲劳裂纹扩展过程的晶体学机制,结果表明:  GH4698合金高周疲劳寿命随着温度升高而降低,缺口降低了高周疲劳强度;合金不同温度下的高周疲劳断口均是由疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区三个部分组成。光滑试样高周疲劳断裂只有单一的裂纹源,裂纹均是由表面或者近表面的某个大尺寸晶粒在拉应力作用下开裂萌生,二次裂纹主要通过晶界及孪晶界开裂、MC/基体界面分离及碳化物本身开裂形成与扩展;由于缺口根部的应力集中,缺口试样有多个裂纹源,且裂纹扩展第Ⅰ阶段很短,扩展由第Ⅱ阶段主导。  合金650℃的低周疲劳寿命依赖于外加总应变幅,同一温度下,随总应变幅的增加寿命降低,且不存在过渡疲劳寿命,合金的强度决定疲劳寿命;位错的相互缠结导致合金表现出连续的循环硬化,外加总应变幅越大,硬化程度越高;合金的低周疲劳表现为多裂纹源断裂,裂纹源均位于试样表面。  温度升高导致合金的裂纹扩展寿命降低,裂纹扩展速率增加;温度升高也使得合金的裂纹扩展模式发生改变,由室温下的穿晶断裂为主转变为高温下的沿晶断裂为主。EBSD分析发现,合金中晶界以大角度晶界为主,只存在极少部分小角度晶界,裂纹附近局部塑形变形较大,小角度晶界密度较高。  随着上限温度的升高,GH4698合金裂纹扩展速率加快,裂纹长度和宽度增加。冷热疲劳主裂纹主要萌生于V型缺口尖端区域附近,沿着晶界曲折扩展,二次裂纹则更倾向于穿晶扩展。温度升高,高温氧化和热应力的交互作用成为热疲劳失效的主要损伤机制。  
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