GH864合金是一种应用广泛的酌忆相沉淀硬化镍基高温合金,该合金最大的优点就是良好的强韧化匹配。然而,在实际使用中,由于构件处于高温且在复杂应力状态下连续运转,尽管拥有较高的拉伸和抗蠕变性能,但疲劳作为构件失效的主要原因,仍然是无法避免的。合金的抗疲劳裂纹扩展性能与内部的组织参数是紧密相关的,而合金的微观组织可以通过不同的热处理工艺进行调整。
GH864合金的热处理工艺主要包括固溶、稳定化和时效处理三个阶段。尽管已经有学者对材料组织与性能的关联性做了大量的研究工作,对合金裂纹扩展速率及疲劳寿命也进行了整体的分析和预测;但是晶粒度和晶界碳化物对合金裂纹扩展特征的影响规律,尤其是这些微观组织特征对合金的整个疲劳断裂过程裂纹萌生、稳态扩展和最后瞬断这三个不同阶段的影响规律,以及每个阶段比例分配和不同热处理制度是否会对各个阶段产生影响等诸多问题还有待于进一步深入的研究。同时,裂纹的萌生及稳态扩展两个阶段作为影响材料疲劳寿命的主要部分,也必将成为如何提高材料抗疲劳性能研究的重要方面。
现有研究可以通过对不同的固溶制度和稳定化工艺处理后的GH864合金进行高温疲劳裂纹扩展试验,对疲劳裂纹曲线进行了曲线分析和数据转换,通过分析对数坐标下裂纹长度与循环周次比率的关系曲线、线性坐标下裂纹扩展速率与裂纹长度的关系曲线以及裂纹扩展速率与循环周次的关系曲线,并结合其具体的断口形貌特征,进一步把整个断裂过程分成了裂纹萌生、稳态扩展以及最后瞬断三个阶段,并对不同热处理后的显微组织与疲劳裂纹的萌生及扩展的相关性进行了分析和研究。
通过对da/dN△K和a-N曲线的数据进行转换,揭示GH864合金的裂纹萌生期比例及扩展期比例,并进一步给出影响各自比例的微观组织因素。随着固溶温度的升高,晶粒尺寸增加,合金的裂纹扩展速率降低,但在整个断裂过程中,裂纹的萌生期和扩展期的比例会发生相反的变化。如果要增加合金的抗裂纹萌生能力,需要选择小于1045摄氏度的固溶温度;反之,若需要增加合金的抗扩展能力,则需要选择大于1045摄氏度高温固溶。稳定化处理过程中,随稳定化时间的延长和温度的升高,晶界碳化物析出量增加,降低了合金的裂纹扩展速率。当碳化物连续系数fc小于一个值时则抗扩展能力高于抗萌生能力;相反当fc大于另一值时裂纹萌生期比例提高,而裂纹扩展期比例则下降。(欣然)