镍基高温合金GH4065A高温疲劳断裂机制研究

李林翰, 张继, 张文云, 田强, 秦鹤勇, 张北江

材料工程 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (01) : 72-80.

镍基高温合金GH4065A高温疲劳断裂机制研究

  • 李林翰, 张继, 张文云, 田强, 秦鹤勇, 张北江
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摘要

针对新一代航空发动机涡轮盘用超低C,N含量的变形高温合金GH4065A,系统表征和定量统计了合金的夹杂物组织。对细晶态和粗晶态试样开展了400℃和650℃不同载荷水平下的疲劳实验。通过对疲劳断裂源组织进行表征分析,研究了合金的疲劳断裂机制。结果表明,合金的夹杂物主要为氮化物。在细晶组织状态下,高温疲劳断裂机制为氮化物(单独和团簇态)起始断裂。高应变幅载荷下(≥0.9%),断裂源主要为试样表面氮化物,极少情况为表面硼化物和氧化物(Al2O3和MgSiO3),且只有Al2O3导致合金过早疲劳断裂;低应变幅载荷下(<0.9%),断裂源为氮化物-解理面型,均在试样近表面/内部。两种不同的断裂方式分别导致高应变幅载荷下400℃疲劳寿命高于650℃疲劳寿命,低应变幅载荷下反之。统计发现,引起疲劳断裂的所有氮化物的尺寸全部达到/超过细晶组织平均晶粒尺寸。在粗晶组织状态下,400℃下疲劳断裂机制为准解理起始断裂。晶粒尺寸的增加极大降低了可能诱发疲劳开裂的夹杂物的有效数量,滑移诱发的解理断裂成为主导断裂机制。

关键词

镍基高温合金 / 疲劳 / 夹杂物 / 氮化物 / 断裂源

中图分类号

TG132.3

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李林翰, 张继, 张文云, 田强, 秦鹤勇, 张北江. 镍基高温合金GH4065A高温疲劳断裂机制研究. 材料工程. 2025, 53(01): 72-80

基金

国家重点研发计划(2022YFB3705102); 国家科技重大专项(2017-Ⅵ-0015-0087,2017-Ⅵ-0018-0090)

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