GH3044的低周疲劳行为

摘要：研究了镍基高温合金GH3044在室温和600℃的低周疲劳行为，对循环应力一应变和应变寿命数据进行了分析，给出了GH3044合金在此温度下的疲劳参数。合金的循环应力响应行为在室温下呈现循环硬化而后软化的特征，而在600℃时呈现循环硬化的特征，原因在于循环变形过程中位错之间以及位错与析出相之间的相互作用。Coffin-Manson模型预测精度在?2倍分散带以内。

0 引言

    高温合金已广泛应用于发动机高温部件，比如，单晶高温合金已成为发动机涡轮叶片的主要用材。在实际服役条件下，高温部件由于长期承受高温及交变载荷的作用，在构件内部形成热应力，同时受其他相关构件的尺寸限制而导致产生应变控制的低周疲劳损伤；因此，高温应变疲劳所造成的损伤成为影响此类构件使用寿命的一个不容忽视的因素。研究结果表明：温度、应变速率、载荷保持时间和波形等试验参数是影响高温低周疲劳性能的主要因素。高温合金在循环变形过程中，可能会出现循环硬化或循环软化，甚至还可能表现出初期硬化随后软化或反之 圳，其循环特性主要取决于其本身的组织结构，高温合金在低周疲劳下的断裂行为的分析表明，疲劳裂纹萌生和扩展方式与蠕变与环境的作用以及循环变形机制有关。

    GH3044合金为固溶强化镍基抗氧化合金，在900℃以下具有较高的塑性和中等的热强性，并具有优良的抗氧化性能，适宜制造900℃以下长期工作的航空发动机主燃烧室和加力燃烧室零部件 。

通过对GH3044合金在应变控制模式下的室温、600℃下的疲劳性能进行测试，对其循环应力一应变响应行为、应变一寿命关系等进行研究，总结该合金在应变控制的疲劳变形的一般规律，以期为提高该合金疲劳设计和定寿、延寿工作提供可靠的实验基础和理论依据。

1 试验材料

试验用GH3044合金材料的密度为8.89?103kg／m3，其化学成分见表1。

表1  GH3044合金的化学成分（质量分数/%）
 

Table 1 Chemical composition of superalloy GH3044(mass fraction/%)

2 试验方法

疲劳试验采用的试样尺寸如图1所示。低周疲劳试验是在岛津EHF—EA10电液伺服疲劳试验机进行，试验采用轴向全应变控制，引伸计的标距为12 mm，引伸计通过石英刀口与试样表面接触测试标距内的应变。加载波形为三角波，应变比(最小应变与最大应变之比)为-1，实验频率为0．1~1 Hz，试验温度为室温和600℃，高温是通过炉内电阻丝辐射加热试样，由分布于标距附近的热电偶控制温度的波动，温度波动控制在?2℃。实验数据的采集由计算机完成，各个试验均进行至试样断裂为至。试验参照GB／T 15248—1994(金属材料轴向等幅低循环试验方法》中的规定执行