直接時效GH4169合金疲勞斷口分析研究

  據(jù)統(tǒng)計,機(jī)械構(gòu)件中疲勞失效占50%~90%,航空構(gòu)件中占80%以上,因此,在航空領(lǐng)域?qū)ζ谑嗫诘姆治鲅芯坑葹橹匾暋?

  GH4169合金是一種鎳基變形高溫合金,被廣泛用在渦輪盤、渦輪軸、壓氣機(jī)葉片等部件上,這些部件往往工作在高溫、高載荷等復(fù)雜環(huán)境下,在這種服役條件和環(huán)境下,材料的疲勞性能往往是直接影響其使用壽命的重要因素。

  鑒于此,科研人員研究了直接時效(DA)GH4169合金的650℃和室溫條件下不同應(yīng)力集中敏感系數(shù)的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣的疲勞斷口,通過對疲勞源、疲勞擴(kuò)展區(qū)和疲勞瞬斷區(qū)的研究,了解直接時效GH4169合金不同應(yīng)力集中敏感條件下的疲勞失效機(jī)制。

  實(shí)驗(yàn)材料為GH4169(DA)合金材料。由優(yōu)質(zhì)GH4169合金在1600t水壓機(jī)上進(jìn)行90mm方料鍛制,并經(jīng)鍛后時效處理:720℃/8h/以50℃/h爐冷+620℃/8h空冷。采用掃描電鏡對GH4169(DA)合金在室溫和650℃下的光滑(應(yīng)力集中敏感系數(shù)Kt=1)和缺口(應(yīng)力集中敏感系數(shù)Kt=3、4)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣斷口進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果如下:

  (1)GH4169(DA)合金室溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣(Kt=1)疲勞斷裂在大應(yīng)力狀態(tài)下具有多源疲勞斷裂特征,在低應(yīng)力狀態(tài)下則具有單源疲勞斷裂特征。但不論多源還是單源疲勞斷裂,疲勞裂紋均起始于表面加工缺陷處。

  (2)GH4169(DA)合金室溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣(Kt=3、4)疲勞裂紋起源于缺口根部的加工缺陷處,呈現(xiàn)多源特征。在高載荷下疲勞源數(shù)量較少,低載荷下疲勞源數(shù)量較多。隨疲勞載荷的逐漸降低,瞬斷區(qū)面積逐漸減小,瞬斷區(qū)的偏心距離逐漸增大,疲勞擴(kuò)展區(qū)面積逐漸增大,疲勞源區(qū)的擠壓損傷逐漸加重,疲勞源區(qū)的臺階逐漸細(xì)小。

  (3)GH4169(DA)合金650℃旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣(Kt=1)疲勞斷裂均具有單源疲勞斷裂特征,疲勞裂紋起始于表面加工缺陷處。

 ?。?)GH4169(DA)合金650℃旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣(Kt=3、4)疲勞斷裂均起源于缺口根部加工缺陷處,呈多源疲勞斷裂特征。隨疲勞載荷的逐漸降低,疲勞源區(qū)逐漸平滑,可見疲勞弧線,疲勞擴(kuò)展逐漸充分,瞬斷區(qū)面積逐漸減小,瞬斷區(qū)的偏心距離逐漸增大。

 ?。?)GH4169(DA)合金650℃旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試樣(Kt=1、3、4)疲勞斷口均有明顯氧化現(xiàn)象,疲勞裂紋源區(qū)氧化最嚴(yán)重,擴(kuò)展區(qū)逐漸變色,瞬斷區(qū)由于氧化時間短,氧化較弱。隨著疲勞加載周次的增加,應(yīng)力集中敏感系數(shù)的增大,氧化程度加劇。