GH4169合金高温低周疲劳及蠕变性能研究

摘要

本文研究了经四种不同热处理状态GH4169合金的高温拉伸、高温低周疲劳以及高温蠕变行为。通过试验测试,得出了热处理工艺对GH4169合金高温拉伸、高温低周疲劳及高温蠕变性能的影响规律;采用金相、SEM和TEM等手段,分别分析了晶粒尺寸、δ相含量、γ″相尺寸对GH4169合金高温低周疲劳和高温蠕变断裂机制,探讨了不同组织状态下GH4169合金高温低周疲劳滑移特征的变化。不同温度和拉伸速率下四种热处理状态GH4169合金高温拉伸试验结果表明,晶粒尺寸较小的材料其抗拉强度、屈服强度均高于晶粒尺寸较大的材料;晶界针状δ相的存在降低了GH4169合金的高温拉伸强度;当晶粒尺寸和δ相含量一定时,γ″相尺寸较大的材料其屈服强度要高于γ″相尺寸较小的材料,但两者的抗拉强度相近。SEM的断口形貌观察结果表明,GH4169合金的高温拉伸断裂机制为微孔聚集型断裂,在γ″相尺寸较大的材料中还观察到沿晶断裂的特征。GH4169合金在600?C不同应变幅下的高温低周疲劳试验结果表明,晶粒尺寸相对较小、晶内γ″相尺寸相对较大的GH4169合金其高温低周疲劳寿命较长,δ相的存在降低了材料的疲劳寿命。该合金在高温低周疲劳过程中循环软化;TEM分析结果表明这与位错切割γ″相有关。另外,断口附近区域的TEM观察结果表明,GH4169合金高温低周疲劳的微观机制是位错的滑移;晶粒尺寸的减小或针状δ相的存在使滑移带间距变窄、滑移带密度增加,γ″相尺寸的减小增加了材料出现多系滑移的倾向。GH4169合金在T=600?C、σ=825MPa条件下的高温蠕变试验结果表明,晶粒尺寸较小的GH4169合金其蠕变断裂寿命较高;δ相的存在提高了合金的高温蠕变断裂寿命。组织状态的不同导致合金蠕变断裂机制产生一定的差别,即无明显δ相析出和晶界上具有针状δ相析出的材料的蠕变裂纹萌生机制分别为楔形机制和洞形机制;四种组织状态的合金蠕变裂纹扩展机制均为为沿晶扩展和穿晶扩展混合机制;针状δ相的存在在一定程度上缓解了应力集中,提高了材料的蠕变延伸率。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 GH4169 合金概述

1.2.1 GH4169 的合金发展概况

1.2.2 GH4169 合金成分及合金元素的作用

1.2.3 GH4169 合金的强化机制

1.2.4 GH4169 合金的显微组织及合金中的相

1.2.5 GH4169 合金的热处理

1.3 金属的高温低周疲劳行为

1.3.1 金属疲劳破坏机理

1.3.2 低周疲劳的循环硬化和循环软化

1.3.3 GH4169 合金高温蠕变行为的研究现状

1.4 金属的高温蠕变行为

1.4.1 蠕变曲线及蠕变断裂

1.4.2 高温蠕变变形机制

1.4.3 高温蠕变断裂机制

1.4.4 GH4169 合金高温蠕变行为的研究现状

1.5 本文研究的目的和意义

1.6 本文的主要研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验材料

2.2 热处理工艺方案

2.3 高温拉伸试验

2.4 高温低周疲劳试验

2.5 高温蠕变试验

2.6 组织分析方法

2.6.1 金相分析

2.6.2 扫描电子显微镜分析

2.6.3 透射电子显微镜分析

第3章 不同热处理条件下GH4169 合金的高温拉伸行为

3.1 不同热处理条件下的组织

3.2 不同组织状态GH4169 合金的高温拉伸力学性能

3.3 不同组织状态GH4169 合金的高温拉伸断口分析

3.4 本章小结

第4章 不同组织状态GH4169 合金的高温低周疲劳行为

4.1 显微组织对高温低周疲劳寿命的影响

4.2 高温低周疲劳的循环软化

4.3 低周疲劳后组织观察

4.4 低周疲劳过程中的滑移变形

4.4.1 晶粒尺寸对疲劳过程中滑移的影响

4.4.2 γ″相尺寸对疲劳过程中滑移的影响

4.4.3 δ相对疲劳过程中滑移的影响

4.5 疲劳断口分析

4.6 本章小结

第5章 不同组织状态GH4169 合金的高温蠕变断裂行为

5.1 显微组织对GH4169 合金高温蠕变断裂寿命的影响

5.2 不同组织状态GH4169 合金高温蠕变断裂的微观机制

5.2.1 高温蠕变后的组织观察

5.2.2 高温蠕变裂纹萌生

5.2.3 高温蠕变断口分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢