夹杂物尺寸及分布对FGH97高温合金低周疲劳性能的影响

利用扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜、低周疲劳试验机研究了镍基粉末高温合金FGH97材料650℃低周疲劳性能与断口夹杂物尺寸、面积及分布的关系。结果表明:FGH97热等静压材料低周疲劳裂纹源主要由非金属夹杂物引起。非金属夹杂物尺寸小于临界值(约80μm)时,夹杂物尺寸和位置对650℃最大应力980 MPa低周疲劳寿命无明显影响,疲劳寿命均值达到190992周次。当夹杂物尺寸超过临界值(约80μm)时,则夹杂物尺寸越大,越靠近表面,低周疲劳寿命越低。因此,控制夹杂物尺寸是提高FGH97高温合金低周疲劳寿命的有效方法。

氩气雾化制粉FGH97高温合金的组织和性能

利用扫描电子显微镜、金相显微镜等研究了氩气雾化制粉(AA)+热等静压(HIP)的FGH97合金显微组织、夹杂物、原始颗粒边界(PPB)、热诱导孔洞(TIP)等冶金缺陷,统计分析了室温、650、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能及650℃低周疲劳寿命。结果表明:AA+HIP+热处理制备的FGH97材料晶粒度为ASTM8~9级,未发现连续网状的PPB,存在极少量的TIP。晶内γ′多数为正方形,尺寸约为200 nm,晶界γ′为1.5~2μm的长方形,未见粗大γ′相及粗大碳化物。650℃/980 MPa持久时间均值449 h。650℃低周疲劳寿命最大值258909周次,均值达到190014周次。室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980 MPa持久性能以及650℃低周疲劳寿命均满足FGH97合金技术要求。

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为

研究了氩气雾化制粉+热等静压工艺成型所制备的粉末高温合金FGH97在650℃下的疲劳裂纹扩展性能,并与俄制旋转电极制粉+热等静压工艺成型的EP741NP合金盘件进行对比;重点分析了不同制粉工艺、氧含量、晶粒度和γ’尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响。结果表明:氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的FGH97合金试验盘具有比俄制旋转电极制粉+热等静压工艺制备的EP741NP合金盘件更好的疲劳裂纹扩展抗力;分析发现晶粒度对氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的试验盘裂纹扩展性能影响较为明显,晶粒度越大,疲劳裂纹扩展速率越低;γ’相尺寸的影响次之,在一定范围内γ’相尺寸增大,疲劳裂纹扩展速率略为降低;而氧含量在100~150μg/g范围内对疲劳裂纹扩展性能无显著影响。

FGH97高温合金不同控制模式低周疲劳性能研究

研究了氩气雾化制粉+热等静压+热处理的全尺寸FGH97合金盘件不同位置组织、650℃拉伸性能、应力和应变控制方式低周疲劳性能及其断口形貌。结果表明:盘件不同位置晶粒度、γ’相尺寸形貌相似,650℃抗拉强度为1325~1340 MPa,650℃屈服强度为1010~1025 MPa。应力控制低周疲劳寿命(Nf)均值约200000周次,Weibull分布尺度因子η=215194,尺寸<80μm的夹杂物对Nf影响不明显。应变控制Nf<20000周次时,η=14622,Nf>20000周次时,η=44342;夹杂物面积变化引起Nf值Weibull分布特征值β不同。2种控制方式下,疲劳断口裂纹源都主要由夹杂物引起,断口形貌无明显差异。应变控制对夹杂物更敏感。

氩气雾化制粉FGH4097高温合金低周疲劳性能研究

用氩气雾化细粒径粉末(小于80μm)+过固溶温度热等静压(HIP)+热处理制备FGH4097粉末高温合金试验盘件,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、低周疲劳试验机、万能试验机、Weibull分布拟合等研究了试验盘件在650℃的拉伸性能、低周疲劳性能及其影响因素。结果表明:盘件晶粒度符合正态分布,在7.7~8.4级之间波动,晶粒尺寸分布均匀;二次γ′相平均尺寸均值约375 nm;三次γ′相分布在二次γ′相间隙γ相中,尺寸在100 nm以内;28个试样在650℃/980 MPa试验条件下的低周疲劳失效循环周次(Nf)均值为203049周次,标准差为29043周次;抗拉强度均值为1343 MPa,标准差为24 MPa;屈服强度均值为1036 MPa,标准差为24 MPa,断后延伸率约30.4%;1.25%面积百分比热诱导孔洞(TIP)降低Nf至154752周次;小尺寸夹杂物(<80μm)面积、尺寸、位置对Nf影响不明显;Nf满足三参数Weibull分布方程;低周疲劳断口裂纹源主要由非金属夹杂物引发,裂纹扩展模式主要为穿晶断裂。