航空發(fā)動機(jī)渦輪盤用GH4133B合金蠕變疲勞損傷與微觀機(jī)理研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，我國航空工業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了嶄新時期。現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)的實(shí)際應(yīng)用對高溫合金提出了更高的要求，因此必須對其各方面的綜合性能進(jìn)行全方位的考量。與常溫情況相比，高溫情況下材料的作用機(jī)理有很大的區(qū)別，表現(xiàn)在一定力作用下，材料會產(chǎn)生蠕變損傷、蠕變疲勞損傷、熱學(xué)力學(xué)化學(xué)耦合損傷。一般情況下，研究高溫環(huán)境下的裂紋擴(kuò)展，可以運(yùn)用線性疊加原理。但是，因蠕變與疲勞之間存在影響，所以不能忽略二者的交互作用。本文將討論材料的疲勞損傷機(jī)理和蠕變

2、疲勞交互作用損傷微觀作用機(jī)理，主要包括蠕變疲勞損傷理論分析、試驗(yàn)研究以及微觀作用機(jī)理等三個方面。以航空發(fā)動機(jī)渦輪盤用GH4133B合金為研究對象，本文在有氧環(huán)境中開展了疲勞損傷與蠕變疲勞損傷試驗(yàn)，分析室溫與高溫情況下微觀損傷機(jī)理的區(qū)別；蠕變疲勞試驗(yàn)完成后，運(yùn)用SEM掃描電子顯微鏡和EDS能譜儀對其斷口進(jìn)行了掃描分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴高溫下變形合金GH4133B的蠕變量隨疲勞周次不斷變化。材料蠕變主要分為三個階段，包括快

3、速增長階段、穩(wěn)定階段、加速增長階段。對材料穩(wěn)定階段進(jìn)行進(jìn)一步的觀察可以發(fā)現(xiàn)，由于材料內(nèi)部滑移，材料在穩(wěn)定階段的蠕變量有明顯的階躍現(xiàn)象，即在某一時刻材料的蠕變量突然增加的現(xiàn)象。⑵高溫下材料的蠕變疲勞交互作用會加速材料的劣化過程，急劇降低材料的使用壽命。同時，要發(fā)生蠕變疲勞交互作用需要滿足一定的外部條件。一、材料在應(yīng)力比為0.1附近時，容易發(fā)生蠕變疲勞交互作用，即蠕變參量與疲勞參量比例為0.8左右時，容易發(fā)生蠕變疲勞交互作用；二、材料要發(fā)生

4、劇烈的蠕變疲勞交互作用，必須具有較大的蠕變應(yīng)力值。試驗(yàn)結(jié)果表明，這個應(yīng)力值為330MPa左右。⑶綜合觀察斷口形貌可以發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)力比為0.1附近時斷口的蠕變空洞最大，這可能是因?yàn)楫?dāng)應(yīng)力比為0.1左右時，材料發(fā)生了劇烈的蠕變疲勞交互作用，循環(huán)應(yīng)力使材料形成大量的空洞，而蠕變應(yīng)力使這些空洞長大并匯合。⑷與常溫條件下的疲勞斷口相比，高溫下疲勞源區(qū)的區(qū)域變窄。高溫下二次裂紋明顯較多，可能是由于蠕變空洞匯合導(dǎo)致二次裂紋的數(shù)量增加；常溫下瞬斷區(qū)的韌窩

5、與高溫下斷口的蠕變空洞結(jié)構(gòu)相似，但高溫下的蠕變空洞尺寸更大；常溫下韌窩的大小主要與應(yīng)力的大小有關(guān)，隨著應(yīng)力的增大，韌窩的尺寸逐漸減?。欢邷叵氯渥兛斩吹拇笮”憩F(xiàn)出與常溫相反的性質(zhì)，隨著加載應(yīng)力的增加蠕變空洞的尺寸也隨著增加，同時，當(dāng)發(fā)生劇烈的蠕變疲勞交互作用時，蠕變空洞尺寸會得到顯著的增加。⑸氧元素含量與裂紋擴(kuò)展方向有關(guān)，越接近裂紋形核處，氧元素含量就越高，沿裂紋擴(kuò)展方向，氧元素含量逐漸減少。同時，在同一裂紋長度的不同位置，氧元素含量相