D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1985.04.00M 北京钢铁学院学报 1985年第4期 两种铁基和镍基高温合金在复杂 应力条件下的蠕变及断裂 北京钢铁学院高温合金教研室谢锡善徐志超 上钢五厂·许经峰朱金元 摘要 本文研究了一种铁基合金GH132在650℃和一种镍基GHa3A合金在750℃的纯 蠕变及复杂应力条件下的蠕变及断裂。提出无论是低强度高塑性的GH:32合金还 是高强度低塑性的GH。3A合金在蠕交一疚劳交互作用的复杂应力条件下都将会 不同程度地导致材料的弱化而引起过早的断裂。而且这种弱化随应力的升高而加 剧。在固定平均应力条件下叠加一个交变应力的动态蠕变与恒定应力的静态蠕变相 比较将促使断裂寿命降低。此乃是叠加疲劳促进蠕变断裂的结果。交变应力振幅较 小时，对稳态蟠变速率影响不大，控制蠕变第I阶段的主要因素是平均应力，但交 变应力的振幅较大时将使稳态蠕变速率大大增加。复合交变应力能促进烯变第置阶 段的过早来临和试样的过早断裂。 一、引 言 蠕变及断裂是高温合金评价高温性能中的一个重要指标。五十年代以来，对于纯金属和 简单合金中的蠕变】已经作了不少的研究。然而，对于技术合金特别是不仅具有固溶强化 而且又有第二相强化、成分复杂的高温合金中的蠕变理论近年来也有一些工作做了定量的研 究{4,2，。 复杂应力条件下的高温蠕变及断裂问题显得更为复杂，如在高温蠕变与疲劳交互作用 下，有时可以使材料强化，有时弱化。较多的试验结果认为，静蠕变应力上叠加一个周 期疲劳应力，将使材料弱化，如Ellison和Su1 livan对Udimet700合金所作的工作就 是明显的一例]。Forresti和Smitni)以及Wilshire等t]也曾对Nimonic80A作 过蠕变与披劳交互作用下的力学行为及其断裂的观察。Tin及其合作者】对Y'相强化的 Udjmet700和Y,O3氧化物弥散强化的MA,5合金作了周期蠕变条件下的力学行为研究。 对Nim onicl15合金作应力控制的低周疲劳试验甚至在室温条件下也显示出有编变变状规 律1！的复杂现象。 国内对复杂应力条件下的烯变及断裂的研究在七十年代末刚刚开展，公开发表的文章还 不多。师昌绪等对GH,3【1!及Nimonic80A和Incoloy901t1!二类镍基和铁基合金的 研究指出，蠕变-疲芳交互作用对这两种材科都造成弱化，菲且在材料蠕变延性最小的试验 温度下，蠕变和疲劳的交互作用最强。 22
北 京钢铁 学院 学报 年 第 期 两种铁基和镍基高温合金在复杂 应力条件下的蠕变及断裂 北京钢铁 学院 高温合 金教研 室 谢锡善 徐 志超 上 钢五 厂 许经 峰 朱金 元 摘 要 本 文研 究 了一 种铁基合 金 ， 在 ℃ 和 一 种镍基 。 合 金在 ℃ 的纯 蠕 变及 复杂应 力 条件下的蠕 变及 断裂 。 提 出无 论 是低 强 度 高塑 性的 ， 。 合金 还 是 高强 度低塑性的 合金在 蠕 变— 疲 劳交互 作用 的复杂应力 条件 下都 将会 不 同程度地导致材料的弱 化而 引起过早 的断裂 。 而 且 这 种弱 化 随应 力 的 升 高 而 加 剧 。 在 固定平 均应力条件下 叠 加 一 个交变应力 的动态蠕 变与恒定应力 的静态蠕 变相 比较将促使断裂寿命降低 。 此乃 是 叠加疲 劳促进蠕变断裂 的结果 。 交 变应力 振 幅较 小 时 ， 对 稳态蟠 变速率影响不 大 ， 控 制蠕 变第 阶段 的主 要 因素是平 均应力 ， 但 交 变应 力的振幅较大 时将使 稳态蠕 变速率大大 增加 。 复合 交变应 力 能促进蠕 变 第 阶 段 的过早来临和 试样的过早 断裂 。 它 气鑫 一 、 下二 蠕变及断 裂是高温 合金评价高温性能 中的一 个重 要指标 。 五十年 代以来 ， 对 于纯 金属 和 简单合 金 中的蠕变 〔 ’ 已经 作了不少 的研究 。 然而 ， 对 于技 术 合金特别 是 不仅具 有 固溶强 化 而且 又有第二相 强化 、 成 分复杂的高温 合金 中的蠕 变理论近年来 也有一些工 作做了定量 的 研 究 工 ’ “ ’ 。 复杂应力条件下 的 高温蠕变 及断裂 间题显得 更为复杂 ， 如 在 高温蠕变与 疲 劳 交 互 作用 下 ， 有时 可 以使 材料强 化 ， 有时弱 化 三。 较 多的 试验 结果 认为 ， 静蠕变应 力上叠加 一个周 期疲 劳 应力 ， 将使材料弱 化 ， 如 和 对 合金所 作的 工作 就 是 明显的 一例 “ 〕 。 和 二 〔 以 及 等 〔 也 曾对 作 过蠕 变与疲 劳 交互 作用下 的 力学行 为及其断裂的 观察 。 及其 台作者 【 。 对 记 相 强 化的 和 氧化物 弥散强 化的 。 ‘ 合金作了周 期蠕变条件下 的力学 行为研究 。 对 。 合金 作应力控 制的低 周疲劳试 验甚 至在室温 条件下也显示 出有蠕 变变状 规 律 王’ 。 的 复杂现 象 。 国 内对复杂应力条件下 的 蠕变 及断 裂 的 研究 在七 十年代末 刚刚开展 ， 公开 发 表 的 文 章还 不 多 。 师 昌绪等对 。 ‘ ’ 及 和 ’ “ 二类镍基 和铁 基合金的 研究 指 出 ， 蠕 变 一 疲劳 交互 作用 对这两种 材料都 造成弱 化 ， 并且 在 材料蠕变 延 性最 小 的试 验 温度下 ， 蠕变 和疲 劳 的 交互 作用最强 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1985．04．004
为系统地研究高温合金在接近使用条件下的变形及断裂，本文开始对两种铁基和镍基高 温合金在复杂应力条件下的蠕变及断裂作初步研究。 二、试验用料及试验方法 选择以Y'相强化为主的不同高温强度水平的铁基合金GH132和镍基合金GH8sA的 90mm方锻坯作为试验料，两个合金的成分见表1 表1 两个铁基和镍基高温合金的化学成分 化学成分 重 量% 合金 炉 号 C Si Mn s P GH132 818-85 0.053 0.51 1.52 0.006 0.013 GH33A 922-30 0.046 <0.20 痕 0.005 0.002 Cr Ni Ni Fe Mo V AI Ti Nb B 14.82 25.7 逃 1.35 0.32 0.32 0.225 2.18 0.007 20.88 基 0.13 0.97 2,85 1.62 两合金的热处理工艺为： GH132:980℃/1小时/油冷+720℃/16小时/空冷 GH33A:1080℃/8小 时/空冷+750℃/16小时/ 空冷 为进行比较，首先分别 (a)静态辐变 对两个合金在四个不同应力 时间t 状态下进行静态蠕变试验， ta) 以确定其静态蠕变的基本规 律。为模拟航空发动机的启 动、巡航和停车过程而进 (b)周期持久 了不同应力水平和不同保载 omin 时间的周期持久试验。蠕变 间t △t一一保载时间 一疲劳交互作用的动态蠕变 2△t:-加载时间 (b) 试验是在固定平均应力并迭 加！不同交变应力条件下进行 AAA (c)动蠕态变 的。 上述三种类型试验的载 图1两个合金所 荷谱及具体应力幅值分别表 时间t 周期 进行试验的载荷谐 示于图1及表2中。 A0一交变应力4：幅 23
为系统地研究高温 合金在接近使用 条件下 的变形及断裂 ， 本 文开始对 两种铁基 和镍基高 温 合金 在 复杂应 力条件下 的蠕变 及断裂 作初步 研究 。 二 、 一 试验 用 料及 试 验 方 法 选择 以 训 相 强 化为主 的不 同高温强度水平 的铁基 合 金 、 。 和 镍 基 合金 的 方锻坯 作为试 验料 ， 两个合 金的 成分见 表 表 合 金 两个铁 基 和 镍基高温 合金 的 化学成分 化 学 成 分 重 炉 号 — — 量 一 。 一 痕 。 丁一 可 一 ” 。 ， 两 合金 的热 处理工艺 为 ℃ 八小 时 油冷 ℃ 小 时 空 冷 ℃ 小 一— 只侧 才 空 冷 ℃ 小 时 空 冷 为进 行 比 较 ， 首 先分别 对 两 个合金在 四 个不 同应 力 状 态 下进 行静态 蠕变试 验 ， 以 确定 其 静态 蠕变 的基本规 律 。 为模 拟航空 发动机 的 启 动 、 巡航 和停车过 程而进 行 了不 同应 力水平 札 不 同保 载 时 间的周 期持久试 验 。 蠕变 一 疲 劳交互 作用 的 动 态蠕变 试 验是在 固定平 均 应 力并迭 加不 同交变应 力条件下 进 行 的 。 上述三种 类型 试验 的 载 荷谱 及具体应 力幅值 分另 表 示于 图 及表 中 。 静态蠕 变 时 间 周 期持 久 时 间乞 八 —保 救时 间 么 七‘一 一 加 卸载时 县 · 一 一 匕 、 ， 弓 、 闷 动蠕态 变 斗公﹄ ‘ 一 周 期 时 间七 △叮 一一 交 变 应 力扒 ， 辐 图 两个合 金所 进 行 试验 的载荷谱
表2 静态蠕变、周期持久和动态蠕变的具体温度和应力 (a)静态蠕变试验 合 金 GH132 GH33A 试验温度（℃） 650 750 试验应力σ 50 50 (kg/m m2) 48 45 46 40 43 35 (b)周期持久试验 GH132合金(650℃) 应力 o(kg/mm 2) 46 保持时间△t(分) 01351030 “0n GH33A合金(750℃) 应力o(kg/mm2) 50 保持时间△t(分) 0 13 510 “ocn (C)动态蠕变试验 GH132合金(650℃) GH33A合金(750℃) 频 率 0+△0 频 率 g+△。 (Hz) (kg/mm 2) (Hz) (kg/mm2) 43±6 40±5 10 43±12 10 40千10 43±18 40±15 43±6 40±5 0.1 43±12 0.1 40±10 43±18 40±15 分析各种特定蠕变条件下的变形及断裂，采用光学显微镜观察断裂试样的纵断面，用 JCXA-733型扫描电镜进行断口观测。 三、试验结果及讨论 1.常规力学性能 两合金的常规力学性能列于表3,4。进行比较可以看出GH132合金由于Y'相量少其强度 较低而持久塑性较高，属低强度高塑性材料；相反GHaA合金由于含Nb及Y'相量相对较 24
表 静态蠕变 、 周 期持久和动态蠕变的具体温度 和 应 力 静态蠕变试 验 才 、 才公 口 二〕 乙 一一 一 一 一 一一 试验温度 ℃一 垮默 周 期持久试验 一… … 合金 ℃ 应 力 “ 保持时 间 △ 分 合 金 ℃ “ ” 应 力 ， 保持时 间 一 八 分 “ ” 动态蠕变试 验 合金 合 金 ℃ 一丽 一革 丁一一 石军公于一刃一 频 ’ 率 。 十 △ 。 里生 一匕二竺业里兰一匕一二塑 一书一竺竺钾竺匕 ‘ 士 “ … … ‘ 士 “ ‘ 土 ‘ ‘ 不 ‘ … ” 士 ‘ ” 一 一 上 里竺兰一 一 士 “ 士 “ 土 士 】 ‘ 士 ‘ … ‘ 士 ‘ 分析 各种特定 蠕变条件下 的 变形及断裂 ， 采 用 光学显微 镜 观察 断 裂 试 样 的纵 断面 ， 用 一 型扫描 电镜进 行断 口 观测 。 三 、 一 试验 结果 及 讨论 常规 力学性能 两合金 的 常规 力学性能列 于表 ， 。 进 行 比较可 以看 出 ， 。 合 金 由于 丫 相 量少其强度 较低 而持久塑 性较 高 ， 属低强度高塑 性材料 相反 。 。 合金 由于 含 及 丫‘ 相 量相对较
表3 GH133合金的常规性能 00.2 74.1 Ob 81.5 (kg/m m2) 73.3 650℃ (kg/m m2) 82.5 室 Ub 105.9 高 (40kg/mm2) 温 (kg/m m2) 104.9 T,(小时) ≥181 温 性 8(%) 26.6 25.1 性 8,(%) 32.6 27.4 能 48.1 能 Ψ，(%) 58.0 (%) 46.8 58.2 11.1 3.45 Ax (kg.m/cm2) 11.5 HB(压痕直径mm) 3.50 表4 GH33A合金的常规性能 00·2 88.7 Ob (kg/m m2) 87.7 750℃ (kg/m m2) 82.5 室 Ob 127.4 高 35kg/mm2持久 143.5 温 (kg/mm 2) 128,0 T,(小时) 131.5 温 性 8(%) 29.5 3.2 31.0 性 8,(%) 1.5 能 能 中(%) 37.1 型，(%) 1.99 34.8 7.99 Ak(kg·m/cm2) 7.56 3.30 7.13 HB(压痕直径mm) 3.30 高，属高强度低塑性材料。 2.静态蠕变 GH132和GH33A合金分别在650℃及750℃不同应力条件下的蠕变曲线见图2,3。不难 看出，两合金都具有典型的蠕变三阶段的变形规律，且随应力减小蠕变速率降低，断裂寿命 延长，但断裂塑性相应降低。 依据蠕变理论，在一定温度下，稳态蠕变速率es、应力σ和断裂寿命T,之间存在下列关 系： es=Agh (1) sm.Tr=C (2) od.tr=B (3) (1)(2)(3)式中的A和n,m和C,以及d、B都分别为特性常数。 根据两合金已测出的蠕变数据进行回归处理，并求出相关系数「，得到如下方程： GH132合金 es=1.24×10-27016 r=0.9907 (4) es0.76.T,=4.56 r=-0.9992 (5) g11.2,t,=6.35×1020-r=-0,9912 (6) 25
表 合金 的 常 规性能 ” ’ 。 ” ，’ ” ’ 石 ， ” ’ ” ’ 川 一 ’ 。 ” ” ” ’ 。跳 一三竺竺里兰一阵一些土一一 “ ℃ ’昆 ’ ， 一 。 高 止望翌兰一 一一竺 巨一 少吵 一 生 一 ‘竺 一 、 一互竺竺匕一 …一 性 、 … 赞 · 梦 、 。 二全 非 竺· 份一 此 ‘一 — …一竺上一 ’ 一 一 巨 兰二 一 日匕 「 吞匕 」 ， ， 、 匕 、 ， 。 ， 、 ‘ 甲 又 少 。 。 丫 气 了心户 氏 一止一一扁一一一一二一三兰生一一 压痕直径 表 合金 的 常规 性能 一 一 曰 曰 “ ℃ 口 么 温高 “ 持久 小时 乙 ， 性能 乙 能 — 一 一 邓— 甲 室温性能 一 “ 压 痕 直径 高 ， 属 高强度低 塑 性材料 。 静态姗 变 和 合金 分别 在 ℃及 ℃不 同应 力 条件下 的蠕变 曲线见 图 、 。 不 难 看 出 ， 两合金都具有典型的蠕变三 阶段 的 变形 规律 ， 且 随应 力减小蠕变速率降低 ， 断裂寿 命 延 长 ， 但断裂塑 性相应 降低 。 依据 蠕变理论 ， 在一定温 度下 ， 稳态蠕变 速 率公， 、 应 力 和断 裂 寿命 之 间存在下列 关 系 户， 二 艺 二 口 。 丫 式 中的 和 ， 和 ， 以及 、 都分别为特 性常数 。 根据 两合金 已测 出的蠕变 数据进 行 回归 处理 ， 并求 出相关 系 数 ， 得 到如下方 程 合金 户 二 又 一 “ ‘ “ 户 “ · ” · 丫 一 仃 ” · 么 · 火 “ 。 一 。
30k5/nm2 ()~来到 48kg/m mt 18 46kg/mm 13kg‘T1T1 0 100 150 200 250 时间t(Hy) 图2GH132A合金在650℃不同应力条件下的蠕变曲线 GH33A ) 750℃ 50kg/mm2 3 45kg/mm* 40kg/mm: 35kg/mm2 20 % 60 80 100 120 时倒，：（小时）一) 图3GH33A合金在750℃不同应力条件下的蠕变曲线 87 65 4 3 ★ 1t12=1243910?g5.09‘y-0.9907)65cC G1133A=1.908×1)。g10.9871)70C 10 10- 34方678寸n一2 有才6T8910 10g船变速（的，小时）一一 图4GH132和GH33A合金在650℃和750 ℃蠕变时蠕变速率和g应力的关系 26
滩泊 。 卜 孟 飞 奇 魂 用 次八 ‘ 涣粼喇 刁 导 之 口 口 么玉口 时 间 图 合金在 ℃不 同应力条件 下的蠕 变 曲线 一 了 ’ 次︵ 全 小 刹趋朝 时间 ， 小时 一一， 图 合金在了 ℃不 同应 力条件 下的蠕变 曲线 ，二 内日‘ 。舀 、一七厂尸︸ 、 艺助 刽 义 切 仃 ， · “ 丫一 劝 色 已 “ 袂﹄议 口 血 “ 、毕 一 匕 门 如 一 翔 产 火 。 泛 飞 “ · ” ， ’ 。 火 二 。 丫 ‘、 乙 碌 考 心 蠕变 全 速 举 ， ， 小 时 湘匆 闷卜 图‘ 笔蘸堪瓣瑟攀毓辘肾雾紧
GH33A合金 es=1.70×10-20g11 r=0.9871 (3) c6.57.T,=3.01 r=-0.9980 (8) g.87.T,=8.72×1011r=-0.9959 (9) 由(4)一(9)式所确认的：-0，e:~t,0-T,之间的线性关显示于图4、5、 6。不难看到，s、T,与口之间存在一定的定量关系，这就为在一定实验数据基础上，为定 量计算和预测蠕变强度或寿命提供依据。 987 （y-0.9332 、 (=-0.9980) -G11132sc.1,￥，4.5530 9 GH33A 9.54.￥，=3.6376 2 345678910:234567810 og若变速宋：(，小时) 图5GH132和GH33A合金在650℃和750℃ 蠕变时壩变速率s与断裂时间T「的关系 10 8 3 ×-一G11n1.40:=6.29、101”(y=-0.591岁》 a(iIJ83.\.3727:=8.16×1011(-5.9543) 10 2 3456行891 2316781 '…断裂时间r,(小时)一一一 图6 GH132和GH33A合金在650℃和750 ℃蠕变时应力σ与断裂时问tr的关系 3.周期持久 GH132和GH33A合金分别在650℃、46kg/mm2及750℃、50kg/mm2条件下所作的 周期持久试验结果综合示于图？、8。图中是以至断裂的循环次数为纵座标，累积保载时间 27
合金 户 乙 义 一 · · 火 叉 土 一 一 由 一 式所 确认的。 仃 一 一 ， ，。 一 ， ， 之 间的 线性关显 示于 图 、 。 不 难看 到 ， 公。 、 二 与 之 间存 在一 定 的 定量关 票 ， 这 就 为 在一定 实验 数据 基础 上 ， 量 计算和 预测蠕变 强度或寿 命提供依 据 。 为定 月三苦 汤盆︵‘卜、 蜜旦邵言 岁 蠕变 速 率 ， ‘ ， 小 时 图 和 合金 在 ℃一和 ℃ 蠕 变时蠕 变速率公 与断裂 时 间 〔的关 系 洲八︶甲切日‘ — 以 口 幻 几 二 况。 入 长 一 。 ” 幼 了 丁 二 二 ‘几， 少 只洲一。切 吕 。 ， 〕 ‘ ’ 。 · 断 裂时 ‘ 丁 飞勺 一“ 涅 小时 夕 一 心 ， 图 和 合金 在 ℃ 和 ℃ 蠕 变 时应 力 与断裂 时问 的关 系 周期持久 和 合金 分另 在 ℃ 、 “ 及 ℃ 、 “ 条件下所 作的 周 期持久试 验结果综 合示于 图 、 。 图 中是 以至 断裂 的 循 环 次 数为纵座标 ， 累积保 载时 间
100X2 60 100 累计保载时问工△t(小时) 图7GH132合金在650℃，46kg/mm2周期 应力作用下鳐变一疲劳复合损伤图 ∑△t为横座标作出的蠕变一疲劳交互作用复合损伤图。此时纯疲劳（△t=0,相当于频率 f=0.017Hz)的数据落在纵轴上，纯蠕变断裂的数据（△t=“c∝”）落在横轴上。两种合 金在各种条件周期应力作用下，它]的寿命都低于纯疲劳时的循环次数或纯蠕变时的断裂寿 命，说明在周期应力作用下的持久寿命由于蠕变和疲劳分量的积累损伤而导至合金的弱化。 这种蠕变疲劳交互作用的积累损伤，在提高应力时显得更为突出，这不仅是加剧了蠕变分 量，也增加了疲劳分量所积累损伤的缘故。 Lagneborg和Atterm o13]提出用下式来表示蠕变一疲芳交互作用时的损伤规律： +()+1 (10) 式中B被称为交互作用系数，它的大小反映蠕变一疲劳交互作用的强弱。我们根据(10)式 分别用婿变损伤分数(A:)和镀劳损伤分数()为座标并对研究合金的数据作规一化处 理GH132合金为例得出如图9所示的复合损伤图。所以看出两合金的蠕变一疲劳交互作用曲 线处于图中直线段（即B=0,蠕变、疲劳无交互作用，只表现为线性叠加）的左下方。 GH132合金的交互作用系数B值为1,25。说明两合金在蠕变一疲劳交互作用下都有积累损 28
汁‘ 猫洲蒲扭把侣愉裁之乙一 累计保 载时间兄△ ， 、 时 图 合金在 ， 么 周期 应力作用 下蠕 变— 疲劳复合损伤 图 艺△ 为横座 标 作出的蠕变一疲劳交互作用复合损伤 图 。 此 时 纯 疲 劳 么 ， 相 当于频 率 的数据落在纵 轴上 ， 纯蠕变断裂 的 数据 △ 卜 “ ” 落在横 轴上 。 两种 合 金 在 各种 条件周 期应 力 作用下 ， 它们的 寿命都低于纯疲劳 时的 循环 次数或纯蠕变时 的断裂 寿 命 ， 说 明在周 期应力 作用 下的持久寿命由于蠕变和疲 劳 分量 的 积累损伤 而导至 合金 的 弱 化 。 这种 蠕变疲 劳 交互 作用的 积 累损伤 ， 在提高应 力时显得 更为突 出 ， 这 不 仅 是加 剧 了 蠕 变 分 量 ， 也 增加 了疲劳分量所积 累损伤 的缘故 。 和 。 ’ 吕 提 出用下式来 表示蠕变一疲劳交互 作用 时 的损伤 规律 。 叉△ 、 士 艺△ 飞二二二一 个 二 — 一 】 十 式 中 被称为交互 作用 系数 ， 它的大小反映蠕变一疲劳 交—互 作用的 强弱 。 我们 根据 式 。 。 二 、 左 八 ， △ 、 ， ，栩 、 ，、 ‘ 、 、 。 软 、 一 人 人 ， ， 、 、 一 ， ， ，。 分别 用蠕’ 变损伤 分数卜导乡 和疲劳损伤分数 居飞 为座 标并对研究合金 的 数据 作规一 化处 一 ‘ 一 ， ” 一 一 ” “ 一 、 、 ， ’ ‘ 一‘ 一 ’ ‘ ” ” 咐 ’ “ 一 ’ 比 ’ “ 认钊 ， 厂 。 ，。 理 合金为例 得 出如图 所示的复合损伤 图 。 所 以看 出两合金 的蠕变一疲劳交互 作用 曲 线处于 图 中直 线段 即 仔， 蠕变 、 疲劳无交互 作用 ， 只 表现 为 线 性 叠 加 的 左下方 。 合金的 交互作用 系数 值为 。 说明两合金 在蠕变 一疲 劳 交互 作用下都有积 累损
2.0 EOIXN 1,5 1.0 0.5 10 20 累计保续时间工△：（小时） 图8 GH33A合金在750℃，50kg/mm2周期 应力作用下的蠕变一菠劳复合损伤图 = 0QH132 年 0.5 0.5 EAt -s 图9GH132合金(650℃，46kg/mm2)在周期持久条件 下所表现出来的蠕变一疲劳交互作用复合损伤图 29
碳冷洲召扮细之彭么工欠 累计保级时间云△七 小时 图 合金在 ℃ ， “ 周期 应 力作用 下的蠕 变— 疲 劳复合损伤 图 玄 ‘ 图 合金 ℃ ， “ 在周 期持久条件 下所表现 出来的蠕变— 疲 劳交互 作用 复合损伤 图
伤。然而这种山于周阿应力所造成的需变杂件的玻芳损伤断口上很我到有疲罗条纹的痕 迹，见图10、11。G11132台金表现为穿品和沿晶混合断口的特征，纯精变和纯疲岁断口没 有明显区别。这可能是由于在周期持久试验机上所作疲劳试验的频率很低(f=0.017Hz), 以致整个过程中仍然是蠕变起主要作用的结果。对低蠕变塑性的GH33A合金的断口则表现 为典型的低塑性沿晶断裂，但疲劳条件下的断口表现为具有一一定塑性的穿晶和沿晶混合断 裂。 (a)△t=c 200× (b)△t=0 200× 图10GH132合金在650℃46kg/mm2条件下的周期持久断口 (a)△t=“en 100× (b)△t=0 100× 图11GH33A合金在750℃50kg/mm2条件下的周期持久断口 4.动态蠕变 动态蠕变是采用固定平均应力然后叠加上不同颍率(0.1Hz,10Hz)和不同振幅（士△σ） 的交变应力对GH132和GH33A两种合金测得的蠕变曲线与同一台试验机上所测得同一材料 的静态蠕变曲线并列于图12、13。能够看出无论是那个合金在平均应力上再叠加上一个交变 应力后，将不同程度地减少试样的断裂寿命，同时对蠕变断裂延伸率也产生一定的影响。 若以平均应力叠加交变应力为纵座标，断裂寿命为横座标可以看出（见图14），断裂寿 命随交变应力的增大而缩短的明显趋势。这足以说明在平均应力控制的蠕变条件下，交变应 力产生了疲劳与蠕变的交互作用，造成材料的弱化而导致材料的过早断裂。这样的论点可以 从GH132合金的断口观察中得到证实。图15(a)为GH132合金，650℃，43±18kg/mm2, 0.1Hz条件下试样断口的低倍扫描图象。不难看出图中左下方和右下方各有一个交互作用区 (虚线所围的区城)。图15(b)是左下方交互作用区的局部放大，图中可以看到明显的疲劳 30
伤 。 然而这种 山于周 期应 力所造 成的 蠕 变 条 介卜均衰劳 损 仿 在断 口 上 很难找 到有疲 劳 条纹的痕 迹 ， 见 图 。 、 。 ‘ 台金表现为穿品和沿 品棍 合断 口 的特公 ， 纯蠕变孔 纯疲 劳断 口 没 有明显 区别 。 这可能是 由于 在周 期持久试 验机 上所 作疲 劳试 验 的颜率很低 。 ， 以 致整个过 程 巾仍然是蠕变起主要 作用 的结果 。 对低 蠕变塑 性的 合金的断 口 则表现 为典型 的低塑 性沿 品断裂 ， 但疲劳条件下 的断 口 表现为具有一淀塑 性的 穿 晶 和 沿 晶 混 合断 裂 。 ， △ 图 △ 合 金在 。 ℃ 条件下的周期持久断 口 △ 二， △ 图 合金在 ℃ “ 条件下 的周期持久断 口 动态蛆变 动态蠕变是采用 固定平均应 力然后叠加 上不 同频率 ， 和 不 同振幅 士 △ 的 交变应 力对 和 两种 合金测得的蠕变 曲线 与同一 台试 验机 上所 测得 同一材 料 的 静态蠕变曲线 并列 于图 、 。 能够看 出无论是那个合金 在平均应 力上再叠加 上一个 交变 应 力后 ， 将不 同程度地减少试 样的断裂寿命 ， 同时 对蠕变断 裂 延伸率也 产生一定 的 影响 。 若 以 平均应 力叠加交变应 力为纵座 标 ， 断裂 寿命为横座标 可 以看 出 见 图 ， 断 裂 寿 命随 交变应 力的 增大而缩短 的 明显 趋势 。 这 足 以说 明 在平均应 力控 制 的 蠕变条件下 ， 交 变应 力产生 了疲劳与蠕变的 交互 作用 ， 造成材料的弱 化而导致材料的过早断裂 。 这样的论点可 以 从 合金的断 口 观察 中得 到证 实 。 图 为 合金 ， ℃ ， 土 ， 。 条件下试 样断 口 的低 倍扫描图象 。 不难看 出图 中左下方和右下方 各有一个交互 作用 区 虚线所围的 区域 图 是左下方交互作用区的局 部放大 ， 图中可 以看到明显 的疲劳
G1113265yC 成 53±6kgnm 19HZ 13上Gkg/mm2 0.1HZ 43±16kg/mm2 3±12kg/nm20,11Z 12 43kg/mm: 0,1HZ 43±18 kgmm2 -10HZ 50 100 150 250 时间t(小时)一 图12 GH132合金在650℃，围定平解应力为 43kg/mm2的静态和动态蠕变曲线图 40±i5kg/mm2￥ 0. 40±10kg/mm2 0.1HZ ★ 40±5 4g /mm2 40 t 5kg/mm210HZ. 40kg/mm2 40-10kg'mm2 0.1Hz' IoHZ 40上15 kgimi i0HZ GH33A 750C 前 时润1肚；一-一 图13 GH33A合金在750℃，固定平解应力为 40kg/mm2的静态和动态蠕变曲线图 4015 E i0±10 ★ 8 40±5 GH33A 5U°C 一H艺 中 -0.1112 40±0 7 20 30 50 断裂时间：。（小时)一 图14 GH33A合金在750℃，40kg/mm平解应力条件 下叠加的交变应力损幅大小对蠕变断裂寿命的影响 31
州 ，口归 ‘ 即目 一一 一 洲 门曰， 目卜扣 喃 ，，目 明口 曰 叫 月阳 门 到曰 一 、 一 ， 门 乙 勺 一 上 ‘ 。、 ， ‘ 了户圣 土 ， ‘ ” ’ 王 乙 广卜 ， 举丫酬 。以 召 土 ， 玉 ， ‘ 粗 ’ 护 衣 们 土 芯 硅丈 名 户 盈 习 公 时间七 二 小仆于 户 图 合金在“ 。 ℃ ， 固定乎 解应力为 艺 的静态和 动态蠕变 曲线图 月‘ 士 峨 士 芬 声 ， ‘ 。 土 ， ‘ ‘ ，、 斌喇淤 仆 六 刁 少兰 飞弋 八 宕 一 洲产洲 圣 ， 户 竺二不二一一 一， 少 口 七 亡寸间 七 时 、 —一 图 合金 在 ℃ ， 固 定 平 解应 力 为 的静态和 动态蠕 变 曲线 图 任古 ︸卜 口遥口‘ 氏 又 了恤口 士 士 心 曰口 一 下 舒 义 上 口 于 一 山 忍 、︸︵只，心侧已任仙﹄州 脚 寸币」 于 、 时 图 合金 在 ℃ 一 ， “ 平 解应力条件 下叠加 的交变应 力振 幅大小 对蠕 变断裂寿命 的影响