GH4698鎳基變形高溫合金GH4698成分性能介紹

GH4698合金是一種鎳基變形高溫合金,最初由前蘇聯(lián)研制，牌號(hào)為3H698。3H698合金是在SH437合金基礎(chǔ)上加入Mo和Nb元素并且提高Al和T含量而獲得的一種壬基合金，曾在前蘇聯(lián)用作制造殲擊機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤材料。我國(guó)的 GH4698合金是在S1698合金基礎(chǔ)上補(bǔ)充合金化及添加微量合金元素Mg和Zr等改型而成的。此合金在550~800℃范圍內(nèi)具有高的持久強(qiáng)度和良好的綜合性能，被用作工作溫度達(dá)650~750℃的燃?xì)鉁u輪盤、承力環(huán)等部件的材料，現(xiàn)已用于制作艦用燃?xì)廨啓C(jī)大尺寸渦輪盤。

實(shí)驗(yàn)所用的GH4698合金由北京鋼鐵研究總院提供,采用真空感應(yīng)加真空自耗熔煉雙聯(lián)工藝煉制，熱處理制度為(1100 ℃、 8 h、AC)H(1000 ℃、4 h、AC)+775 ℃、16h、AC)H(700℃、16h、AC)。合金成分如表1所列，組織形貌如圖1所示。

熱處理態(tài)合金晶粒呈等軸狀(見圖1(a)),晶粒尺寸較均勻。晶粒內(nèi)部有很多變形孿晶存在。主要強(qiáng)化相y相呈兩種尺寸的球形均勻分布，大顆粒﹖相直徑為200~-300 nm,小顆粒y相直徑為30~50 nm(見圖1(b)),總量約占合金的21%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。MC碳化物沿晶界和晶內(nèi)呈塊狀或長(zhǎng)條狀分布，MaC。碳化物主要呈小顆粒狀分布于晶界(見圖1(c))。

實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn) GB/T6398—2000 緊湊拉伸C(T)試樣，寬度W-40 mm，厚度B-10 mm，實(shí)驗(yàn)前，先在試樣一端預(yù)制約l mm長(zhǎng)的裂紋。裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)在MTS810試驗(yàn)機(jī)上及實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)空氣介質(zhì)環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)波形為正弦波，各溫度下的實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表2。

為保證數(shù)據(jù)的可靠性，每個(gè)溫度下測(cè)試3個(gè)樣品。控制方法為采用恒力幅測(cè)定材料大于1×10mm/cycle的疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN。使用Nava Nano掃描電鏡觀察斷口形貌。

為了探討該合金裂紋擴(kuò)展過程中的形變顯微組織,選擇在650℃進(jìn)行了第四個(gè)試樣的裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，裂紋擴(kuò)展一段距離后卸載，使用電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)研究合金疲勞裂紋擴(kuò)展過程的晶體學(xué)機(jī)制。

對(duì)GH4698合金疲勞裂紋擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，得到參數(shù)C和m,從而得到每一溫度下該合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的具體表達(dá)式,不同溫度下Paris 公式的參數(shù)見表3。可見參數(shù)C和m值隨溫度升高變化方向相反，溫度升高，C值增加，m值減小。這樣，在 da/dN和AK的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，裂紋擴(kuò)展速率曲線表現(xiàn)為斜率為m的直線。

1)得到了室溫、650及750℃下合金的裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展速率表達(dá)式。隨溫度升高，GH4698合金的裂紋擴(kuò)展壽命降低，而裂紋擴(kuò)展速率增加。

2)溫度升高,晶界成為薄弱環(huán)節(jié)且沿晶氧化作用加劇，使GH4698合金的裂紋擴(kuò)展模式發(fā)生改變，由室溫下的穿晶斷裂為主轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷叵碌难鼐嗔褳橹鳌?/p>

3)裂紋擴(kuò)展路徑宏觀上基本與加載軸方向垂直，微觀上表現(xiàn)為曲折擴(kuò)展，在某些位置發(fā)生偏轉(zhuǎn)。分析得知合金中晶界以大角度晶界為主，只存在極少部分小角度晶界，裂紋附近晶粒變形程度較大，小角度晶界密度高。