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γ'沉淀硬化鎳基高溫合金Waspaloy的應(yīng)力破斷模型與顯微組織演變
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時(shí)間：2013-07-22
Waspaloy是一種γ'沉淀硬化鎳基高溫合金，不僅具有良好的強(qiáng)度和韌性，還在1033K（760℃）具有出色的抗拉強(qiáng)度和較長(zhǎng)的應(yīng)力破斷壽命，在1143K（870℃）具有良好的抗氧化性，廣泛應(yīng)用于航空航天和石油化工設(shè)備和各種高溫部件。
應(yīng)力破斷性能是高溫材料的重要評(píng)估參數(shù)，為研究材料的應(yīng)力破斷性能及相關(guān)顯微組織演變，科研人員從服役60,000小時(shí)的Waspaloy燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤(pán)上取樣，在溫度923K至1088K（650℃至815℃）、應(yīng)力150至840MPa之間進(jìn)行多次試驗(yàn)，對(duì)比分析了材料的應(yīng)力破斷性能、顯微組織演變和斷裂行為。結(jié)果表明：
1）該渦輪盤(pán)材料仍具有出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，無(wú)性能退化；
2）在923K（650℃）進(jìn)行應(yīng)力破斷試驗(yàn)，可觀察到γ'沉淀和晶界隨應(yīng)力發(fā)生細(xì)微變化。在973K（700℃），次生γ'沉淀隨應(yīng)力破斷壽命變得不穩(wěn)定，部分生長(zhǎng)，部分溶解。當(dāng)溫度升高到1033K（760℃），初生γ'沉淀的粗化和晶界寬度的增加變得較為明顯。當(dāng)溫度達(dá)到1088K（815℃）時(shí)，顯微組織的不穩(wěn)定性迅速提高，導(dǎo)致斷裂加速；
3）在該應(yīng)力破斷試驗(yàn)條件下，共獲得4組不同的斷裂機(jī)理。在低溫[≤923K（650℃）]和高應(yīng)力下，試樣發(fā)生穿晶蠕變斷裂。在高應(yīng)變速率、高溫和高應(yīng)力下，試樣發(fā)生動(dòng)態(tài)斷裂。隨著應(yīng)力逐漸減小，可觀察到過(guò)渡性的穿晶和晶間蠕變斷裂混合發(fā)生。當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，試樣發(fā)生晶間蠕變斷裂。晶間蠕變斷裂受低溫條件下的晶界滑移控制，同時(shí)由于高溫條件下顯微組織的不穩(wěn)定性，晶間空隙成核并生長(zhǎng)，晶間蠕變斷裂同樣受其控制；
4）繪制出Waspaloy在該應(yīng)力與溫度范圍內(nèi)的斷裂機(jī)理圖，并建立斷裂模型，將不同應(yīng)力破斷條件下的斷裂行為與顯微組織演變聯(lián)系起來(lái)，并通過(guò)Larson–Miller參數(shù)法估算該材料的長(zhǎng)期應(yīng)力破斷壽命可達(dá)105h。
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