GH4169合金中δ相对疲劳性能的影响规律研究

摘要

GH4169合金是一种时效强化型高温合金，由于其良好的强韧性，耐蚀性，焊接性能及抗疲劳性能，在航空航天和石油行业得到广泛的运用。合金中析出相δ相的析出、溶解规律及其热加工行为已得到广泛的研究。外在环境因素、加载条件对 GH4169合金疲劳裂纹扩展速率的影响规律也有报道。然而δ相含量对GH4169合金断裂韧性及疲劳裂纹扩展速率的研究却鲜有报道。本文通过定量表征δ相的含量对GH4169合金疲劳裂纹扩展及断裂性能。采用OM、SEM、TEM等技术手段表征GH4169合金显微组织及δ相的体积分数。研究不同的δ相含量和晶粒尺寸对GH4169合金断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响机制。
　　本文研究这六种热处理工艺中，δ相含量随着固溶温度的下降及保温时间的延长而增加。随着δ相的增加，材料的强度降低，但是塑性却有所增加。随着晶粒尺寸的增加，材料强度下降，符合霍尔佩奇关系。材料的冲击韧性随着δ相的增加而降低。
　　随着δ相含量的增加，GH4169合金断裂韧度呈现下降的趋势。δ相主要沿晶界分布。由于δ相本身为金属间化合物，且其周围会形成贫Nb元素的微塑性区，对裂纹扩展有吸引作用，从而导致裂纹发生沿晶扩展。晶粒尺寸增大会降低裂纹遇到晶界的概率，在一定的晶粒尺寸范围内增加裂纹的扩展阻力，提高材料的断裂韧度。
　　通过紧凑拉伸试样得到六种工艺状态下GH4169合金的Paris曲线。结果表明，δ相含量的增加会导致 Paris曲线的稳定扩展阶段和快速扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率增加。稳定扩展阶段裂纹尖端塑性区大于等于晶粒尺寸,分布在晶界上的δ相会加速疲劳裂纹扩展速率。在快速扩展阶段，裂纹尖端塑性区远大于晶粒尺寸，δ相对疲劳裂纹扩展的影响作用更加显著。在低应力强度因子状态下，接近于 Paris曲线的初始扩展阶段时，裂纹尖端塑性区小于晶粒尺寸，δ相对疲劳裂纹扩展速率的影响效果降低。在这个阶段，一定的晶粒尺寸条件的，适当的增加晶粒尺寸有助于降低疲劳裂纹扩展速率。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2GH4169合金的研究现状

1.3GH4169合金的显微组织

1.4固溶处理对GH4169力学性能的影响

1.5断裂韧性

1.6疲劳裂纹扩展

1.7本文的研究目的及研究内容

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料成分

2.2试验所采用的热处理方案

2.3力学性能实验

2.4微观组织观察

2.5断口分析

第三章 热处理工艺对GH4169显微组织及常规力学性能的影响

3.1不同热处理工艺下GH4169合金显微组织

3.2不同热处理工艺下GH4169合金的常规力学性能

3.3 不同固溶处理下GH4169合金晶粒长大行为

3.4小结

第四章 热处理工艺对GH4169合金断裂韧性的影响

4.1断裂韧度试验方法的确定

4.2断裂韧度试验数据

4.3断裂韧度剖面显微组织

4.4断口形貌

4.5分析与讨论

4.6结论

第五章热处理工艺对GH4169合金疲劳裂纹扩展性能的影响

5.1恒delta k下疲劳裂纹扩展性能

5.2疲劳裂纹扩展性能

5.3 分析与讨论

5.4结论

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

一、在研期间发表学术论文

二、参加的科研项目