DAGH4169合金缺口周期持久性能

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H o n g K o n g

1 9 9 8年] 0月材料与结构之力学R 1 l试国际学术会议香港 i n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n M e c h a n i c a l T e s t f u g o f M a t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s

D A G H 4 1 6 9合金缺口周期持久性能杜金辉摘要

庄景云

邓群

冶金部钢铁研究总院，北京 1 0 0 0 8 1

主要研究了」 ) AG 4 1 4 1 6 9合金的缺口周期持久性能结果表明： D AG H 4 1 6 9合金对应力集中

相当敏感，随应力集中系数K,从2 . 0增大到 4 . 5循环寿命从数千次下降到一百多次.同时 对组织的研究结果表明：较粗大的晶粒组织或有未再结晶大晶粒的混晶组织的缺口周期持久寿命比细小等轴晶组织的寿命要高 S E M结果表明：随缺口半径 r减小，断裂从蠕变和疲劳交互损伤变为纯蠕变损伤关键词 D八G H 4 1 6 9合金，应力集中，晶粒形态，缺口周期待久

C y c l i c N o t c h S t r e s s R u p t u r e P r o p e r t i e s o f A l l o y D A G H 4 1 6 9Du J i n h u i, Au a n g J i n g y u n, De n g Q u nCe n t r a l I r o n& S t e e l R e s e a ch r t n s i t t u t e, B c i j i n g 1 0 0 0 81, C h i n a

A B S T R A C T T h e c y c l i c n o t c h s t r e s s r u p t u r e p r o p e r t i e s o f a l l o y D A GH 4 1 6 9 we r e p r i m a r i l y s t u d i e d . T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t a l l o y D A G N 4 1 6 9 w a s v e y r s e n s i t i v e t o s t r e s s c o n c e n t r a t i o n . A s s t r e s s c o n c e n t r a t i o n c o e f i f c i e n t s凡 i n c r e a s e f r o m 2 . 0 t o 4 . 5, t h e c y c l e s t o f a i l u r e

d e c r e a s e f r o m t h o u s a n d s t o m o r e t h a n o n e h u n d r e d . Me a n w h i l e, t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f m i c r o s t r u c t u r e s s h o w e d t h a t t h e c y c l i c n o t c h s t r e s s r u p t u r e l i v e s o f c o a r s e r g r a i n s i z e m i c r o s t r u c t u r e s a n d d u p l e x m i c r o s t r u c u t r e s w i t h n o n - r e c y r s t a l l i z e d l a r g e g r a i n s w e r e h i g h e r t h a n t h a t o f i f n e r e q u i a x i a l g r a i n m i c r o s t me t u r e s . S E M r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e r u p t u r e m e c h a n i s ms h a d c h a n g e d f r o m t h e i n t e r a c t i o n o f c r e e p a n d f a t i g u e d a m a g e t o p u r e c r e e p d a ma g e wi t h t h e d e c r e a s e o f n o t c h r a d i u s .

K E Y WO R D S a l l o y D A G H 4 1 6 9; s t r e s s c o n c e n t r a t i o n; g r a i n m o r p h o l o g y; c y c l i c n o t c h s t r e s sr u p t u r e

G H 4 1 6 9合金是 N i - C r - F e基沉淀强化的高温合金，在6 5 0℃以下具有高的屈服强度和良好的塑性，且有较高的耐腐蚀和抗氧化性能，因此在航空和航天领域获得了广泛应用为了提高航空发动机的推重比和综合性能，赶超国际先进水平，我国已着手进行】 ) A G H 4 1 6 9合金的实验研究工作.为了模拟航空发动机启动一巡航一降落的实际工作状态，弄清 D A G H 4 1 6 9

合金在接近使用条件下的力学性能，本文对 D A G H 4 1 6 9合金进行了缺口周期持久性能的研究.

1实验材料和方法本文所用试样毛

坯取自 水压机模锻的模锻件，模锻件模锻后进行了 7 2 0 1 C, 8 h, 5 0 C/ h炉

1 2 2

材料与结构之力学测试国际学术会议

冷至6 2 0 C, 8 h,空冷的标准时效处理.随后，将试样毛坯加工成具有不同缺口半径的缺口周期持久试样缺口周期持久试验在 MT S NE W8 1 0和 MT S 8 1 0 . 2 3材料试验机上进行，试验波

形为梯形， a m= 8 9 5 M P a,气 i n = 1 5 M P a,试验温度为5 9 5 C 1,保持时间t h= 9 0 S .试验后，先对断口进行了 S E M观察，再将试样沿轴向对音 I i开观察其断口附近的金相组织 .

2试验结果和分析不同缺口半径的缺口周期持久试验结果如表 1 所示.由表 I可以看出：缺口半径；从0 . 9

降到0 . 1 1 m m,应力集中系数K .从2 . 0增大到4 . 5,循环寿命辫急剧下降，从数千次降到一百多次.表 1缺口周期持久试验结果试验编号 循环寿命/次缺口半径/ m n0 . 9

试验编号 412 1 0 0 6 0 - 5

循环寿命/次55 1 1 0 0 7 37 5 1 5 4 1 7 4 1 6 7 1 6 9

缺口半径// m m0 . 5 0 . 5 0 . 1 8 0. 1 8 0【 8 0 . 1 1 0 . 1 1

4 121 0 0 6 0 - 1 19 2 5 4 121 0 0 6 0 - 2 3 0 8 1 4 121 0 0 6 0 - 3 2 7 9 9 4 121 0 0 6 0 - 4 1 21 5 4 4 3 - 4 4 - 1 2 5 2 5 4 4 3 - 4 4 - 2 1 7 0 24 4 3 - 4 4 - 3 1 6 0 2

0 . 9 412 1 0 06 0- 60 . 9 0 . 9 0 . 9 09 0 . 9

4 12 1 0 0 6 0 - 8 412 1 0 0 6 0- 9 4 121 0 0 6 0 - 1 0 4 121 0 0 6 0 - 1】 4 121 0 0 6

0 - 1 2

首先， 由于随缺口半径：减小，应力集中加大，缺口根部塑性变形更为剧烈[ i 1,产生大量的位错，这促进了裂纹的萌生、从宏观断口上看到：缺口半径；= 0 . 9 m m时，大多数试样只有 1个裂纹源，个别试样有两个裂纹源；当；‘0 . 5 m m时，裂纹源较多甚至沿缺 Q根部形成一圈裂纹源.这说明：缺口半径；的减小，不仅缩短了裂纹萌生时间，而且增大了裂纹萌生概率 .其次，缺口半径；较小时，裂纹扩展为多源同时扩展，这大大缩短了裂纹扩展时间.另外， 缺口半径；较小的试样，其断裂机理与；为0 . 9 m m的试样不同.从图 I ( a - d )的 S E M断口表面照片中看到：当缺口半径：二0 . 9 mm时，断口主要为沿晶断口，但在断口的一些区域出现了穿晶疲劳条纹，断裂是以蠕变损伤为主的疲劳和蠕变损伤交互作用的结果.循

环寿命仪越低，疲劳损伤所占比例越小；当缺口半径； !}; 0 . 5 m m时，断口为典型的冰糖状沿晶断口、断裂为纯蠕变损伤见图 I ( e, 0这是由于缺口半径；较小的试样，应力集中更加严重，裂纹前缘较大的应力场加速了试样的蠕变损伤，大大降低了晶界强度，造成裂纹快速沿晶扩展，断口中没有疲劳条纹.当：二0 . 9 mm时，裂纹前缘的应力场相对来说弱一些，这样使试样的蠕变损伤相对来说较轻，晶界强度较高，结果造成在断口的一些区域出现了穿晶疲劳条纹因此，缺口半径：较小的试样，由于蠕变损伤较严重，其裂纹扩展速率 d a l d N较大、这也缩短了裂纹扩展时间总之，缺口半径 r较小的试样，裂纹萌生和裂纹扩展时间都大大缩短，其循环寿

下—

t uN I E F匕一

从表{ 中还注意到：缺口半径相同的试样

其循环寿命N有时相差较大 .这主

试样的金相组织不同造成的.一些试样断口附近的金相组织如图 2所示.图2表明：晶粒较粗大或有未再结晶大晶粒的组织比细晶组织的循环寿命高.由于该组织的蠕变性能较好，而缺口周期持久断裂又是以蠕变损伤为主 .所以，当缺口半径相同时，晶粒较粗大或有未再结晶大

杜金辉等： DI G[/ 4 1 6 9合金缺口周期持久性能

1 2 3

( a ) N f= 2 7 9 9次 ( b ) N一 2 7 9 9次 ( c

) N一 1 2 1 5次 ( d ) N,二1 2 1 5次 ( e ) N= 5 5 1次( O N= 1 5 4次图.缺口周期持久试样断口表面的S E M照片

( a ) N,= 3 0 8次 ( b ) N= 1 9 2 5次 ( c ) N= 1 2 1 5次 ( d ) N -3 c 7 5次 ( e ) N= 1 5 4次 ( O N= 1 6 9次图2缺口周期持久试样断口附近的金相组织

材料与结构之力学测试国际学术会议

晶粒的组织的循环寿命高于细晶组织的循环寿命，甚至缺口半径较小的含有未再结晶大晶粒的组织的循环寿命比缺口半径较大的细晶组织的循环寿命还高.

3结论

( I ) D A G H 4 1 6 9合金的缺口周期持久寿命对应力集中十分敏感，随应力集中系数K增大，缺口周期持久寿命急剧下降.

( 2 ) D A G H 4 1 6 9合金的缺口周期待久寿命与组织关系密切，当晶粒较粗大或有未再结晶大晶粒时，循环寿命较高；均匀细小的等轴晶具有较低的缺口周期持久寿命.

( 3 )当缺口半径较大时， D A G H 4 1 6 9合金的缺口周期持久断裂是蠕变和疲劳损伤交互作用的结果，但以蠕变损伤为主；而缺口半径较小时，断裂为纯蠕变损伤.参考文献

《金属机械性能》编写组.金属机械性能讹京：机械工业出版社， 1 9 8 2 . 1 8 - 2 1