本文關(guān)鍵詞：GH4698鎳基合金高溫低周疲勞行為及斷裂機(jī)理

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【摘要】：GH4698鎳基高溫合金在高溫時(shí)具有良好的高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的抗氧化和出色的抗腐蝕性能等,是航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)等高溫部件的關(guān)鍵材料。航空發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際服役過(guò)程中,極易發(fā)生高溫低周疲勞損傷。因此,研究其高溫低周疲勞性能具有關(guān)鍵性意義。截至目前,研究GH4698合金高溫低周疲勞性能的報(bào)道較少,尤其關(guān)于微觀組織對(duì)其低周疲勞性能的影響未見(jiàn)報(bào)道。研究微觀組織對(duì)GH4698合金低周疲勞性能的影響對(duì)于該合金實(shí)際服役具有重要的指導(dǎo)意義。本文采取兩種熱處理制度,制度1為1050°C/8h,空冷+1000°C/4h,空冷+775°C/16h,空冷+700°C/16h,空冷;制度2為1100°C/8h,空冷+1000°C/4h,空冷+775°C/16h,空冷+700°C/16h,空冷。通過(guò)熱處理過(guò)程中γ′相的溶解與析出規(guī)律分析熱處理過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大的原因。利用MTS 810疲勞試驗(yàn)機(jī)在650°C對(duì)GH4698合金進(jìn)行總應(yīng)變幅控制的低周疲勞實(shí)驗(yàn),研究微觀組織和應(yīng)變幅對(duì)其低周疲勞性能的影響。通過(guò)分析循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)曲線和疲勞滯后回線研究了GH4698合金高溫低周疲勞過(guò)程中的循環(huán)變形行為。結(jié)果表明:合金的峰值應(yīng)力、疲勞壽命、循環(huán)硬化及軟化行為與總應(yīng)變幅緊密相關(guān)。在同一應(yīng)變幅下,熱處理制度1處理的合金(記為合金A)吸收的不可逆變形功及疲勞壽命高于熱處理制度2(記為合金B(yǎng))的,表明合金A的循環(huán)韌性和低周疲勞性能更優(yōu)。本文考慮疲勞極限和晶粒尺寸,建立了一種新型的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型�？紤]晶粒尺寸影響的疲勞壽命模型的預(yù)測(cè)精度高于Ostergren能量法壽命模型和Manson-Coffin壽命模型,具有普遍的適用性。為了研究低周疲勞后GH4698合金微觀組織的演化機(jī)制,對(duì)金相組織與γ′相進(jìn)行了分析。由于晶界和孿晶界釘扎位錯(cuò),所以這兩者容易成為疲勞裂紋的萌生位置。在同一應(yīng)變幅下,合金A中被位錯(cuò)剪切的γ′相數(shù)量低于合金B(yǎng)的,并且合金A的γ′相尺寸小于合金B(yǎng)的,這表明合金A具有更優(yōu)的疲勞性能。合金低周疲勞微觀組織演化機(jī)制如下:隨著總應(yīng)變幅增加,合金吸收的變形能增加使得晶體內(nèi)部存儲(chǔ)能量增加,外加位錯(cuò)密度增加導(dǎo)致γ′相被大量剪切使其減弱對(duì)晶界的釘扎作用,這些因素導(dǎo)致合金低周疲勞后晶粒長(zhǎng)大。為了研究GH4698合金的低周疲勞斷裂機(jī)理,觀察并分析了低周疲勞后的滑移帶、位錯(cuò)組態(tài)和斷口形貌。斷口分析表明合金在低應(yīng)變幅時(shí)以脆性斷裂為主,高應(yīng)變幅時(shí)以韌性斷裂為主。微觀結(jié)構(gòu)分析表明合金低周疲勞變形存在平面變形和非平面變形兩種機(jī)制。隨著總應(yīng)變幅增加,位錯(cuò)的密度顯著增加,位錯(cuò)嚴(yán)重剪切γ′相使得γ′相對(duì)基體強(qiáng)化作用迅速下降。此外,位錯(cuò)在晶界或者孿晶界處塞積,產(chǎn)生的應(yīng)力集中導(dǎo)致其開(kāi)裂,隨后微裂紋長(zhǎng)大并擴(kuò)展,最終導(dǎo)致合金疲勞斷裂。
【關(guān)鍵詞】：鎳基高溫合金 低周疲勞 斷裂機(jī)理 循環(huán)變形 組織演化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V252
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 鎳基合金高溫低周疲勞行為11-18
• 1.2.1 循環(huán)硬化與循環(huán)軟化11-12
• 1.2.2 低周疲勞壽命模型12-15
• 1.2.3 低周疲勞的影響因素15-18
• 1.3 鎳基合金高溫低周疲勞損傷與斷裂機(jī)制18-20
• 1.4 本文的研究目的及主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法22-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料22-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料成分22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料熱處理方案22-25
• 2.2 高溫低周疲勞實(shí)驗(yàn)方法25-26
• 2.3 材料組織結(jié)構(gòu)分析方法26-28
• 2.3.1 金相組織分析26
• 2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)分析26-27
• 2.3.3 斷口形貌分析27-28
• 第3章 GH4698合金高溫低周疲勞力學(xué)行為28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 循環(huán)變形行為28-33
• 3.2.1 循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)曲線28-30
• 3.2.2 滯后回線30-33
• 3.3 高溫低周疲勞壽命33-35
• 3.4 應(yīng)變-壽命模型35-41
• 3.4.1 Manson-Coffin壽命模型35-36
• 3.4.2 Ostergren能量壽命模型36
• 3.4.3 三參數(shù)壽命模型36-37
• 3.4.4 考慮晶粒尺寸影響的疲勞壽命模型37-39
• 3.4.5 壽命模型誤差分析39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 GH4698合金高溫低周疲勞微觀組織演化42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 高溫低周疲勞金相組織演化42-48
• 4.3 高溫低周疲勞析出相演化48-51
• 4.4 高溫低周疲勞微觀組織演化機(jī)制51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 GH4698合金高溫低周疲勞斷裂機(jī)理53-77
• 5.1 引言53
• 5.2 高溫低周疲勞變形機(jī)制53-61
• 5.2.1 高溫低周疲勞中的滑移變形53-56
• 5.2.2 高溫低周疲勞后的位錯(cuò)組態(tài)56-61
• 5.3 高溫低周疲勞斷口形貌61-73
• 5.3.1 宏觀斷口形貌62-65
• 5.3.2 微觀斷口形貌65-73
• 5.4 GH4698合金高溫低周疲勞斷裂機(jī)制73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-78
• 參考文獻(xiàn)78-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果88-90
• 致謝90

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本文編號(hào)：645089