fgh95粉末冶金高温合金损伤与断裂特性研究

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1、万方数据第38卷2009芷第7期7月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERIALSANDENG眦ERn、iGV01．38，No．7July2009FGH95粉末冶金高温合金损伤与断裂特性研究刘新灵1’2，陈星2，侯学勤1，陶春虎1，2(1．北京航空材料研究院，北京100095)(2．南昌航空大学，江西南昌330063)搐要：观察分析FGH95粉末冶金高温合金高周疲劳光滑试样断口，研究其断裂规律；并用断口定量的方法对试样断口的裂纹扩展特性进行分析，计算疲劳扩展第2阶段的疲劳扩展寿命，并分析裂纹扩展特性与断裂特征的内在关系。针对120个试样用统计归纳的

2、方法研究总寿命Ⅳf与断裂特征参数口c之间的关系。临界裂纹长度取常用对数后与试验寿命取常用对数后具有大致线性关系，数据点分布在大致平行的具有一定宽度的分散带内，通过拟合出平行带的上下边界方程，可以给出寿命预测的上下边界方程，可用临界裂纹长度估算FGH95粉末冶金高温合金的疲劳寿命。关键词：粉末冶金镍基高温合金；高周疲劳；断裂特征；寿命评估中图法分类号：TG146．1+5文献标识码：A文章编号：1002．185X(2009)07．1179．05由于粉末冶金高温合金具有组织均匀、晶粒细小、耐温和强度高以及抗疲劳性能好等优点，粉末冶金高温合金已成为先进航空发动机涡

3、轮盘、档环等部件的首选材料【1】。粉末冶金高温合金的可靠应用，必须建立在对该材料的力学与损伤失效行为深入系统研究的基础上。虽然FGH95合金已在航空发动机的涡轮盘、档环等部件上应用，但我国构件设计生产的过程还不像国外那样在设计阶段就开展大量的试验，获取大量有用的数据，提供给设计部门，为构件定寿、确定定检周期及失效分析与预防服务，而对在役结构，则更多的需要用各种技术和手段评估结构的完整性和对在役结构进行剩余寿命评估[21。关于FGH95合金，其生产工艺、夹杂的类别与控制方法以及常规力学性能等进行了较为广泛的研究【3】，但对该材料的损伤特性与失效机制研究得还很

4、少。材料的研究不仅包括材料的设计、制备工艺、力学行为，而且还应包括建立一套材料的断裂行为与失效判据。对FGH95合金的断裂行为与失效机制进行研究，不仅在于弄清材料的力学行为和失效规律，更重要的是对该材料失效分析与预防，失效评估及确定定检周期提供参考数据。本实验利用扫描电镜，研究FGH95粉末冶金高温合金(以下简称FGH95粉冶高温合金)的断裂特征；并用断口定量的方法对试样断口的裂纹扩展特性进行分析，并分析裂纹扩展特性与断裂特征的内在关系：用统计归纳的方法，研究120个试样总寿命Ⅳf与断裂特征参数％之间的关系。通过以上3方面工作，分析FGH95粉冶高温合金的

5、疲劳损伤与断裂特性。1试验试样为FGH95粉冶高温合金光滑棒形高周疲劳试样，试样形状及尺寸采用Q／6S977．91标准中的2591一N020图，试样工作段部分的直径为5衄。试验条件：包括500，600和700℃3个温度，每个温度下应力比R分别为0．1，0．5和一l3种情况，相同温度、相同R下又包括不同的载荷大小。研究FGH95粉冶高温合金不同温度、不同应力比、不同载荷大小条件下的高周疲劳的断裂特征。通过断口定量分析的方法，研究疲劳裂纹扩展特性。测量120个断口的临界裂纹尺寸，分析试验寿命与临界裂纹长度之间的关系，用统计和归纳的方法，研究FGH95粉冶高温合

6、金的疲劳寿命与断裂特征参数之间的关系。2结果及讨论2．1FGH95粉冶高温合金高周疲劳断裂特征在FGH95粉冶高温合金试样断口上可见疲劳源区、疲劳扩展区和瞬断区，疲劳区颜色一般为深蓝色，瞬断区为棕色。断口源区低倍形貌如图1a中箭头所指。对断口放大进行观察，疲劳源区多数位于次表面，包括源区有夹杂和源区没有夹杂两种情况，夹杂多数收到初稿日期：2008．06．20：收到修改稿日期：2008．08．15作者简介：刘新灵，女，1973年生，博士，高级工程师，北京航空材料研究院，北京100095，电话：010-62496239，F-mail：H慨inlin9119@s

7、ohu．com万方数据·1180·稀有金属材料与工程第38卷位于次表面；对源区无夹杂的情况，源区也多数位于次表面。对源区有夹杂的试样统计分析表明，源区距离表面的距离在123～1300Ixm之间。疲劳源区无论有无夹杂，裂纹萌生后，在疲劳裂纹扩展第1阶段，都有较大区域的类解理断裂小平面，(图la、lb)。该区域由于扩展得比较充分，在低倍下也可以观察到，该区域比较粗糙，见图1中大致呈圆形的粗糙区域，如图l中箭头所示。解理断裂小平面特征。疲劳稳定扩展阶段(第2阶段)为疲劳条带特征(见图2)，但疲劳扩展第2阶段的的长度一般小于2mm，多数在1mm左右。裂纹稳定扩展阶

8、段后期为裂纹快速扩展阶段，在裂纹稳定扩展阶段后期附近区域为滑移小平