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固溶处理对国产nm400耐磨板裂纹扩展速率的影响

作者:www.quanshunjinshu.cn 发布于:2019-03-03 22:09:18 点击量:

国产nm400耐磨板是γ'相沉淀硬化型镍基高温合金,该合金在760℃以下具有高的拉伸和持久强度,在870℃以下具有良好的抗氧化性能,广泛应用于航空航天、石油化工领域设备的各种热端部件和发动机部件等。裂纹扩展速率不仅是国产nm400耐磨板重要使用性能,也是涡轮盘损伤容量设计和寿命预测的重要指标之一。国内外学者从不同角度对国产nm400耐磨板的裂纹扩展速率进行研究,并得出一些有益的结果,但对国产nm400耐磨板固溶处理后裂纹扩展速率的影响规律研究不多。因此,研究人员从应用角度研究不同固溶处理后国产nm400耐磨板650℃裂纹扩展速率的变化规律,为实际生产和合金损伤容限设计提供综合性指导思路。

国产nm400耐磨板采用熔炼(VIM)+真空自耗重熔(VAR)的双联工艺冶炼。钢锭开坯后模锻成盘材,经标准固溶处理和时效热处理。根据文献可知,γ'相和MC碳化物的回溶温度分别为1034和1140℃,调整固溶温度使γ'相和MC碳化物回溶,得到不同晶粒尺寸,研究不同固溶处理后国产nm400耐磨板裂纹扩展速率的变化规律。不同固溶热处理制度为:(1020、1040、1060、1080、1150℃),4hAC+845℃,4hAC+760℃,16hAC。

裂纹扩展速率试验在高温裂纹扩展试验机上进行,试样按JB/T8189-1999并参照ASTM标准E647-81制成标准紧凑拉伸试样(CT)(25mm×25mm×10mm)。试验前,用钼丝切割出缺口。

为接近烟汽轮机涡轮盘的实际工作条件,试验温度定为650℃,加载方式为梯形波(15s-90s-15s),最大载荷为565kN,载荷比为0。采用直流电位(DC)法测量裂纹长度。合金CT试样的电位变化与裂纹长度变化之间的关系,在试验温度下用单试样多点法进行标定。用光学显微镜观察晶粒尺寸,用场发射电子显微镜(FESEM)观察晶界碳化物和γ'相形貌。试验结果如下:

(1)建立国产nm400耐磨板裂纹扩展速率与固溶温度的关联性,得到随固溶温度增加裂纹扩展速率呈先降低后增加的规律。同时得到国产nm400耐磨板固溶温度与裂纹扩展速率的关系式。用不同固溶温度将裂纹扩展速率变化规律划分为5个区域。低于固溶温度1080℃裂纹扩展速率随固溶温度增加而降低,1080℃固溶处理后合金的裂纹扩展速率最低,高于固溶温度1080℃裂纹扩展速率随固溶温度增加而增加。精准控制固溶温度可得到合适的晶粒尺寸和较好抗裂纹扩展能力。

(2)建立国产nm400耐磨板裂纹扩展速率与晶粒尺寸的关联性,得到随晶粒尺寸增加裂纹扩展速率呈先降低后增加的规律,晶粒尺寸过大降低合金的抗裂纹扩展能力。根据多组试验数据拟合得到国产nm400耐磨板晶粒尺寸与裂纹扩展速率的关系式。结合试验数据分析,预测国产nm400耐磨板晶粒尺寸在100μm左右,抗裂纹扩展能力可能存在最佳值。


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