长期时效对GH4169合金组织演化及低周疲劳行为的影响
发布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新时间：2016-03-01
以GH4169合金为研究对象，研究其组织演化行为及对合金低周疲劳行为的影响规律与机制，定量描述组织与性能的相关关系，为建立典型高温合金服役组织演化和性能退化之定量关系提供有效依据，以期为基于材料显微组织特性预测其疲劳变形行为、建立基于组织演化的涡轮盘寿命预测模型提供基础。
作为涡轮盘材料的GH4169合金，长期承受高温及交变载荷的作用，同时受机械约束难免超载，超温、过载导致偶发高应变低周疲劳损伤，其服役安全性及部件的使用寿命受到显著影响。为此，高温合金的低周疲劳行为受到广泛重视。温度、受载时间、波形、应变幅等参数均是影响合金疲劳变形行为的外界因素，而合金本身的组织演化特性起着决定性作用。
科研人员以GH4169合金为研究对象，研究其组织演化行为及对合金低周疲劳行为的影响规律与机制，定量描述组织与性能的相关关系，为建立典型高温合金服役组织演化和性能退化之定量关系提供有效依据，以期为基于材料显微组织特性预测其疲劳变形行为、建立基于组织演化的涡轮盘寿命预测模型提供基础。
研究用GH4169合金的化学成分（质量分数，%）为：C0.023，Fe17.30，Cr17.92，Mo2.98，Al0.52，Ti1.00，Nb5.40，Mn0.08，P0.009，B0.004，Ni余量。合金经真空感应和真空自耗熔炼，铸锭经均匀化处理后热轧成直径为100 mm的棒材，再经过热锻造成直径230mm，高95mm的盘材。自圆盘表层中心沿径向取11mm×11mm×115mm的方形坯料。合金经标准热处理（1050℃，1h，空冷，720℃，8h，炉冷，50℃/h速率冷却至620℃后，620℃，8h，空冷）。将经标准热处理的样品在750℃下分别进行500、1000、1500和2000h的长期时效处理。将长期时效热处理后的合金加工成标距为直径6mm，长30mm的棒状低周疲劳试样，在MTS-810电伺服液压疲劳试验机上进行低周疲劳试验。试验结果如下：
（1）GH4169合金在750℃进行长期时效处理，随时效时间延长，γ′相长大粗化。γ″相尺寸增大，体积分数降低，部分转变为δ相。δ相由颗粒状逐渐成长为短棒状、长针状，尺寸增大、体积分数增加，其周围生成无γ″相析出带，体积分数增加、宽度增大。
（2）GH4169合金经750℃长期时效处理后，低周疲劳变形过程中均呈循环硬化、循环稳定、循环软化的特征。但随时效时间延长，合金最大循环应力响应及低周疲劳寿命均降低。长期时效过程中合金的γ′相长大粗化，γ″相尺寸增大、体积分数降低，强化效果减弱。大量γ″相转变为δ相，导致合金强度降低，同时裂纹易沿粗化的长针状δ相及其周围的无析出带扩展。
（3）GH4169合金性能的劣化主要是由γ″相长大、粗化并转化为δ相导致。当合金中γ″相体积分数降低至18%，δ相体积分数达到3.5%时，最大循环抗力下降8.3%，低周疲劳寿命下降14.8%；而当γ″相体积分数降低至4.0%，δ相体积分数达到19.4%时，最大循环抗力下降32.4%，低周疲劳寿命下降35%。
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