1引言

GH3044是一種鎳基高溫合金，它通過(guò)鉻和鎢的固溶強(qiáng)化來(lái)加強(qiáng)其性能。該合金表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化性能，并且在溫度低于900℃時(shí)，具有適度的持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。冷成形性和焊接性能良好，適宜制作在900℃以下長(zhǎng)期工作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室和加力燃燒室板材零部件及其它高溫部件。

該合金在650℃至980℃的長(zhǎng)期使用后會(huì)出現(xiàn)一定程度的時(shí)效硬化現(xiàn)象。航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在高溫下運(yùn)行，高溫部件承受變載，因此，由高溫低循環(huán)疲勞所引起的損傷是影響高溫部件壽命的一個(gè)主要因素。

雖然高溫低循環(huán)疲勞已經(jīng)在不同的材料上得到了許多學(xué)者的研究（文獻(xiàn)1~5），但是針對(duì)GH3044材料的研究還相對(duì)較少。該研究針對(duì)GH3044合金在600℃、700℃和800℃條件下的疲勞特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，總結(jié)了該合金在高溫環(huán)境下的疲勞行為和壽命特征的相關(guān)結(jié)論。

2材料和實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1材料和試樣

表1中列出了GHHT3044的化學(xué)成分。實(shí)驗(yàn)中，我們選擇了直徑為20mm的GH3044鍛造棒材，并在1175℃下進(jìn)行處理。隨后，我們將其加工成直徑為5mm、標(biāo)定長(zhǎng)度為10mm的疲勞試樣，試樣的形狀符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2?實(shí)驗(yàn)過(guò)程

該實(shí)驗(yàn)將按照技術(shù)要求，在Mayes公司制造的ESH50E低周疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，以符合中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6399-86有關(guān)金屬材料低循環(huán)疲勞試驗(yàn)的規(guī)定。試驗(yàn)機(jī)的負(fù)荷、應(yīng)變經(jīng)校對(duì)符合上述標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定，用隨機(jī)配帶的一套高溫裝置來(lái)控制試樣的溫度，其溫度波動(dòng)±2℃,梯度2℃以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)采用總的軸向應(yīng)變控制，用標(biāo)距為10mm的高溫引伸計(jì)監(jiān)控試樣的總應(yīng)變范圍。實(shí)驗(yàn)所采用的波形是三角波，應(yīng)變速率為tR等于2×10-3/s，應(yīng)變比為-1。在實(shí)驗(yàn)中，我們使用計(jì)算機(jī)來(lái)采集數(shù)據(jù)并記錄隨著循環(huán)次數(shù)變化的最大應(yīng)力、最小應(yīng)力和應(yīng)力-應(yīng)變滯后環(huán)。當(dāng)試樣失效時(shí)，我們將記錄下循環(huán)次數(shù)，即疲勞壽命Nf。

3?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1?低循環(huán)疲勞應(yīng)變-壽命關(guān)系

循環(huán)應(yīng)變-壽命關(guān)系如下：

式中，σ--疲勞強(qiáng)度系數(shù)；b--疲勞強(qiáng)度指數(shù)；εf:--疲勞延性系數(shù)；c——疲勞延性指數(shù)；E——材料彈性模量；△εt、△εe。和△εp分別為循環(huán)總應(yīng)變范圍、循環(huán)彈性應(yīng)變范圍和循環(huán)塑性應(yīng)變范圍。

我們進(jìn)行了高溫低循環(huán)疲勞實(shí)驗(yàn)，分別在600℃、700℃和800℃下進(jìn)行。表2中展示了應(yīng)變-壽命實(shí)驗(yàn)的原始結(jié)果。因?yàn)楦邷貞?yīng)變?cè)嚇有枰褂酶邷匾煊?jì)，并在標(biāo)距內(nèi)包含圓弧過(guò)渡，所以必須對(duì)實(shí)驗(yàn)的原始結(jié)果進(jìn)行修正。修正的方法按照GB6399-86國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)附錄C來(lái)進(jìn)行，修正后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表3。通過(guò)使用最小二乘法原理來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以得到如下表格中所示的溫度下的系數(shù)和指數(shù)（表4）。將得到的系數(shù)和指數(shù)代入式(1)至式(3)，便可獲得材料在不同溫度下的應(yīng)變-壽命關(guān)系。通過(guò)圖形呈現(xiàn)，更加直觀，詳見(jiàn)圖1。

得到如下GH3044的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：

在這個(gè)公式中，Δεt代表總應(yīng)變范圍。通過(guò)將表4中的系數(shù)和指數(shù)代入公式（4），我們可以得到GH3044在不同溫度下的循環(huán)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系圖（圖2）。

4結(jié)論

為了對(duì)比不同溫度下的疲勞壽命，圖3展示了不同溫度下的總應(yīng)變和失效反向循環(huán)數(shù)。通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)?實(shí)驗(yàn)溫度和總應(yīng)變幅值是影響GH3044合金疲勞壽命的重要因素。

(2)?在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，彈性應(yīng)變-壽命和塑性應(yīng)變-壽命曲線有一個(gè)交點(diǎn)，稱該點(diǎn)壽命為轉(zhuǎn)變壽命(Nr)。當(dāng)壽命小于Nr時(shí)，用塑性應(yīng)變-壽命曲線描述材料的疲勞特性；當(dāng)壽命大于Nr時(shí)，用彈性應(yīng)變-壽命曲線描述材料的疲勞特性。GH3044合金的Nr在600℃、700℃、800℃時(shí)分別為1876、1432、1430。

(3)在完全對(duì)稱的總應(yīng)變控制下(R。=-1),GH3044合金呈現(xiàn)硬化現(xiàn)象，彈性模量在600℃、700℃和800℃時(shí)分別為210GPa、190GPa和160GPa。

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