GH4169合金塑性变形过程中的断裂失效研究

摘要

GH4169合金具有良好的综合机械性能、耐腐蚀性能和断裂韧性，是目前航空发动机盘匣类零件广泛采用的材料。但是，复杂微观组织与成形缺陷的精确控制是GH4169合金热加工过程的难点。因此，研究该合金的高温流变特性、微观组织演变规律和成形过程中的损伤断裂具有非常重要的理论意义与工程应用价值。本文通过物理实验和理论分析，研究了变形参数和初始时效时间对GH4169合金高温流变特性、微观组织演变规律、断裂损伤行为及其失效机制的影响。本文的的主要内容和研究成果包括以下五个方面:
　　(1)通过高温拉伸实验，研究了变形参数和初始时效时间对材料高温流变特性的影响规律。结果表明:随着初始时效时间的延长，材料内部δ相(Ni3Nb)的含量逐渐增加;在加工硬化—动态回复阶段，由于δ相会增大材料的加工硬化速率，所以峰值应力随初始时效时间的增大而增大;在动态软化阶段，δ相会诱发动态再结晶的形核并抑制变形过程中的晶粒长大，从而加快材料流变软化。
　　(2)通过分析变形后的微观组织，讨论了变形参数对材料高温拉伸过程中动态再结晶现象的影响规律。结果表明:固溶态材料在高温拉伸变形过程中发生了明显的动态再结晶;随变形温度的升高和应变速率的减小，材料发生断裂时的动态再结晶体积分数增大。
　　(3)通过分析试样断面形貌特征，研究了变形参数和初始时效时间对材料断裂机制的影响规律。结果表明:材料在各变形条件下的断裂方式均为局部颈缩和孔洞聚集导致的混合断裂模式;碳化物与基体的分离和碳化物本身的断裂是固溶态材料孔洞形核的主要原因;δ相的析出增大了时效态材料在变形过程中孔洞损伤的形核密度，加速了孔洞的长大和连接。
　　(4)建立了时效态GH4169合金的峰值应力本构模型，分析了初始时效时间对峰值应力本构模型参数的影响规律。结果表明:峰值应力本构模型的特征参数对初始时效时间十分敏感，建立的峰值应力本构模型能较好的预测时效态材料高温拉伸变形的峰值应力。
　　(5)基于GTN损伤力学模型，分析了GH4169合金高温拉伸变形过程中的局部颈缩规律，建立了基于Z参数的GTN损伤力学模型特征参数的数学表达。结果表明:所建立的GTN损伤力学模型能较好的描述高温拉伸变形过程中局部颈缩导致的流变软化现象。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 GH4169合金及其特点

1．2 GH4169合金的高温变形行为

1．2．1 GH4169合金的高温变形力学行为

1．2．2 GH4169合金的高温变形过程中的组织演变规律

1．2．3 δ相对GH4169合金的高温变形行为及组织演变的影响

1．3 GH4169合金损伤行为的研究现状

1．4 韧性损伤力学模型的发展现状

1．4．1 连续介质损伤力学模型的发展

1．4．2 细观损伤力学模型的发展

1．5 研究目的及研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 研究目的及意义

1．5．3 研究内容及技术路线

2 固溶态GH4169合金的高温变形规律

2．1 实验材料及方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 时效处理实验

2．1．3 高温拉伸实验

2．1．4 微观组织分析实验

2．2 固溶态GH4169合金的高温拉伸流变特性

2．2．1 变形参数对高温拉伸变形特性的影响

2．2．2 变形参数对微观组织的影响

2．3 固溶态GH4169合金的高温拉伸断裂机制

2．3．1 孔洞损伤演变规律

2．3．2 变形参数对断口形貌的影响

2．4 结论

3 初始时效时间对GH4169合金高温变形规律的影响

3．1 时效态GH4169合金的高温拉伸流变特性

3．2 初始时效时间对GH4169合金高温拉伸流变特性的影响

3．3 时效态GH4169合金的高温拉伸断裂机制

3．3．1 初始时效时间对孔洞损伤演变规律的影响

3．3．2 初始时效时间对断口形貌的影响

3．4 GH4169合金的峰值应力本构模型

3．4．1 GH4169合金峰值应力本构模型的建立

3．4．2 初始时效时间对峰值应力本构模型参数的影响

3．4．3 峰值应力本构模型的验证

3．5 结论

4 GH4169合金高温拉伸损伤力学模型的建立

4．1 GTN细观损伤力学模型

4．1．1 GTN损伤力学模型概述

4．1．2 GTN损伤力学模型特征参数

4．2 GTN损伤力学模型的建模思路

4．3 GTN损伤力学模型特征参数的影响因素

4．3．1 变形参数对GTN损伤力学模型特征参数的影响

4．3．2 初始时效时间对GTN损伤力学模型特征参数的影响

4．4 基于Z参数的GTN损伤力学模型特征参数的数学表达

4．5 结论

5 总结与展望

5．1 本文研究工作的总结

5．2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间完成论文情况

攻读硕士期间负责和参加的科研项目情况