分析镍基合金k4648焊接接头疲劳裂纹扩展速率的研究 .pdf

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1、学兔兔www.xuetutu.com试验研究r蜉掳镍基合金K4648焊接接头疲劳裂纹扩展速率的研究清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室(北京市100084)蔡培琳常保华北京航空制造工程研究所(100024)张胜摘要为了对某飞机发动机涡轮导向器叶片修复焊接后的安全性和寿命进行评估，试验研究了导向器叶片用K4648合金TIC焊接头的疲劳裂纹扩展速率(da／dN—AK)。分别测得了K4648合金母材、焊缝和热影响区疲劳裂纹扩展速率的表达式，对各区域的显微组织特征进行了观察，并测量了3个区域的硬度。结果表明：裂纹在母材中最容易扩展，在

2、热影响区中的扩展速率居中。焊缝由于晶粒较大、硬度较低，有更强的裂纹扩展抗力。关键词：镍基合金疲劳裂纹扩展速率焊接修复中图分类号：TG115．5+7性能的测试工作还很不充分。特别是针对其焊接接头0前言(含母材、焊缝和热影响区)中疲劳裂纹扩展速率等性作为目前cr含量最高的镍基铸造高温合金，能的测试，国内外还没有看到开展相关研究工作的报K4648合金具有中等强度、优异的高温抗氧化和抗热道。为此文中对K4648合金TIC焊接头中母材、焊缝腐蚀性能，被用于制造整铸导向器等零件⋯。某型自及热影响区的疲劳裂纹扩展速率进行试验测定，从而涡导向器叶片采用

3、镍基高温合金K4648制造，在服役为自涡导向器的安全评定提供必要的数据。一定时间后，叶片根部出现了裂纹。采用TIG焊工艺1试验材料及方法修复，叶片在重新服役之后又有裂纹萌生并扩展。为了评定焊接修复后叶片的使用寿命，有必要测定焊接1．1试验材料接头中母材、焊缝和热影响区(HAZ)的疲劳裂纹扩展母材K4648合金的化学成分见表1Ill。用镍基焊速率。目前，针对K4648合金进行的材料物理及力学丝进行手工钨极氩弧焊，具体焊接工艺参数见表2。表1K4648合金的化学成分(质量分数，％)1．2试样尺寸和取样方法度0=8mm，初始韧带宽度(W—n)

4、=32mm。K4648合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率(da／dN—此试验对K4648合金母材、TIG焊焊缝和热影响AK)的测试，按照国家标准GB／T6398-2000进行。区3个不同区域的疲劳裂纹扩展速率进行了测试。试试验采用紧凑拉伸试样，试样几何形状与尺寸见图1，验采用多试样法，母材、焊缝和热影响区各制备4个试试样厚度B=3mm，试样宽度W=40mm，初始切口长样。试样取样方式和位置见图2，裂纹取向为平行于焊缝方向。焊缝试样的裂纹位于焊缝中心线，热影响区收稿日期：2010—04—26试样的裂纹位于焊缝边缘外侧0．1mm处。2011年第8

5、期17学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com率。表示如下：2试验结果与分析(act)i=(口⋯一。)／(+。一ⅣI)(3)2．1试验结果根据试验所记录的数据，可以作出裂纹长度0与循环数Ⅳ的关系曲线。图4为3种试样的0一N曲式中，=(口一0)／2。线。在双对数坐标中拟合一AK曲线，其中：AK由=(口⋯一o)／2代替式(2)中的n求得。拟合结果参见图5。喜将图5中的各个da／dN和／tK值取对数，并利用式(1)进行线性回归拟合，分别得出3组试样的拟合结果，见表3。由表3即得出3组试样的疲劳裂纹扩展速率，即：

6、母材试样：da=8．53631×10川(△妒；循环数N／cyc焊缝试样：图43种试样的。一N曲线在。一N曲线的基础上，用割线法计算裂纹扩展速=8．923l9×10(。·56；AK／(MPa·in)AK／(MPa-In)AK／(MPa·in)(a)母材(b)焊缝(e)热影响区图53种试样的一△曲线表3线性回归拟合结果2．2结果分析高温合金的裂纹扩展速率受到频率、应力比、晶粒尺寸等内在因素等诸多因素的影响]，在试验条件一致的情况下，裂纹扩展速率主要受晶粒尺寸、硬度等因素的影响。裂纹扩展速率通常随晶粒尺寸的减小而加快。图热影响区试样：6为K4

7、648合金TIG焊接头中母材与焊缝的显微组织。由图中可见焊缝晶粒的大小约为母材晶粒的2～3倍。=7．39520×10川(·79582。粗晶组织的断口多呈沿晶断裂特征，较大的晶粒增大从表3中3种试样的m值可以看出，裂纹在母材了裂纹表面的粗糙度，从而使得裂纹扩展路径更加曲中最容易扩展，在焊缝中扩展最慢，热影响区中的扩展折，进而降低裂纹扩展的速率。在对焊缝试样进行疲速率居中。劳裂纹扩展速率测试的过程中，有时会出现裂纹在一2011年第8期l9学兔兔www.xuetutu.com