GH132合金盘材缺口对疲劳及蠕变/疲劳交互作用下的力学性能的影响

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1989.02.023 北京科找人学学报 第11卷第2期 Vol.II No.2 1989年3月 Journal of Lniversity of Science and Technology Beiiing Mar,1989 GH132合金盘材缺口对疲劳及蠕变/疲 劳交互作用下的力学性能的影响 谢锡善陈国良姜红根张宏学房晓光 (北京科技大学高温合金教研座) 赵玉才褚建忠 (上解丘广) 摘要：GH132合金站不具有特久缺I依些性，側仍你在者低周玻劳的缺【做娘， 结变/线分芝丘作川的商裂好命曲线，无论是光滑还是缺11那具有-·个最火价的“鼻下曲 找”。在“摩下”的上部合金存企缺川微越性，面在“鼻下”的下部和“森子”区城，缺 试样好命岛上光滑试样乐命。本文提出泻轮欧材料的发展作提高强度的网附，不断改 善啊性，以达到“强韧化”的效果。 关键词：铁棒高温介金GH132,缺1敏选性，编变'装步交丘作用，省切化 Notch Effect on Fatigue and Creep/Fatigue Interaction Properties of GH132 Disk Superalloy Xie Xishan Chen Guoliang Jiang Hfonggen Zhang Hongxue Fang Xiaoguang Zhao Y'ucai Chu Jianzhong ABSTRACT:Iron-base disk superalloy Gl132 is suseeptible to LCF notch senvilivity.even il hts no stress rupture nolch sensitivity at elevated tempe- ralu:e.The creepi fatigue interaction lives to fraclure of GH132 for notch and smooth specimens both evist "nose"curves with maximum lives to fracture. In the regime above the "nose"alloy is susceptible lo notch sensitivily.Below anI near the "nose"regime.lises lo fracture of notch specimens are longer than smooth specimens.For lurbine dish alloy development is ne.essary to 1y87一03-10收税 130

第 卷第 期 北 京 科 枝 人 学 学 报 年 、 ，一 一 、 一 。 、 少 、 ， ’ 。 少 。 一 一 一 。 合金盘材缺 口 对疲劳及蠕变 疲 劳交互作 用下的力学性能的影响 谢锡善 陈国 良 姜红 根 张宏学 房晓光 口尸 北 石〔 科技 大学 高温 合金 软研 室 赵玉 才 褚建忠 钢 瓦厂 摘 要 ， 合 众吸 不共 川寺久缺 敏 感 性 ， 仁、 仍 存在 着 低 周疲 劳 的 缺 【敏 感 埔 变 疲 劳 交 作 川 的 断 裂 寿 命曲线 ， 无 仑是 光滑 还 是 缺 都 具 有 一 个 从 大 值 的 “ 弃 曲 线 ” 。 在 “ 拜 几 ” 的 二部 合 余存在 缺 日 放 感 性 ， 而 在 “ 外 ” 的 卜部 和 “ 外 ” 桩城 ， 缺 日 试 样 寿 命 高 卜光滑 试 样 寿 命 。 卞文 提 出涡 轮 盘材料 的 发 展 应 在提 高强 度 的 同 时 ， 不断 改 湃塑性 ， 以 达 到 “ 强 切 化 ” 的 效 果 。 关健词 铁 从高 温 介 余 ， 缺 日 放 感 性 ， 蟋 变 ， 疲 劳 交 作 ” ， 强 同 化 产 ， 叮 、 ‘ 八。 “ “ ， “ 一 ，夕夕 ， 夕 ， 夕 。 〔 ， “ 夕 尹洲 ， · ‘ 一 “ 、 。 、 、 甲 花、 、 少 〕 、〕 、 一、 是，、 ， 少 ， 、 是 】 、 ， 《 、 一。 · 、 、 一 之。 ，℃ 一 。 、 、 少 、‘ 、 、 、 一 ‘ 一。 、 ， 、 一 ’ ， 峨一 、 、 · 《川 、 、 一 「 「《 一 、 一 一 、 、 一， 、 一 。 、 “ 小 ” 。 、 、 一 、 ’ · 一 一 。 山 。 、 “ ” 〔 少 一 。 卜 、 少 、、 · 。 、 “ 、 ，’ ， 。 试 、 。 一。 ’ ‘ 一 。 ’ 、 、、 “ 、 一。 、 ， 一 、 厂 、 · ，一 一 一 · ‘ 一、 川 一少 、 。 一 、 。 、 、 。 、 、 一 ‘ 吕 一 一 收 礼 、 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1989．02．023

raise the strength and to improve the ductilily both. KEY WORDS:superalloy,nolch sensitivity,creep'fatigue interaction, strengthening and ductility improvement GH132合金具有良好的强度和足够的塑性，特别是在高温持久试验条件下不常具有缺 口敏感倾向等特点，而在国内外广泛地应用于航空喷气发动机、地面燃气轮机以及大型烟气 轮机作为涡轮盘材料：1)。对于涡轮盘材料而言，低周疲劳是一项关键的性能，而在实际使 用情况下，蠕变、疲劳交互作用性能更为重要。但是，缺口因素对于低周疲劳以及蠕变/疲 劳交互作用下力学性能的影响研究甚少〔3)，国内对GH132合金盘材进行这类系统的研究还 从未进行过。本文目的不仅要直接研究GH132合金的缺口效应，并且试图通过对GH132的 研究，对这一类铁基涡轮盘材料得出-一些共同的规律来指导实践。 1试验材料及方法 本试验用料直接取自上钢五厂电弧炉+真空自耗重熔生产的GH132,732mm,重约 300kg的大型烟气轮机模锻盘件3)。合金成分为(243一109一4炉，wt%),0.055%C, 1.24%Mn,0.49%Si,0.006%S,0.008%P,14.51%Cr,7.16%Ni,1.25%Mo,0.29%T, 1.98%Ti,0.18%A1,0.0073%B,其余为Fc。模锻盘的热处理制度为：9e0±10°C/4h油 +720±；0°C/16h/空。盘件热处理后晶粒细小均匀，盘子心部的低倍腐蚀最大晶粒直径不 超过1mm,盘件轮缘部分晶粒度为4~6级。夹杂物为1,5级。盘件检验试样环的力学性 能都符合技术标准要求（见表1）。对GH132大涡轮盘在高温接近使用条件下的力学性能， 本文所进行的试验方法如下。 表1GH132合金模锻盘试样环上的力学性能 Table 1 Mechanical properties of die forged GH132 superalloy disk 室 温 华 能 650℃，392MPa持久 性能 9.2,MPa ob,MPa 6. °%HB.mmak,J/m2 r,h b,6 ,96 实测 694 997 29 46 3.6 105×104 338.8 14.40 20.09 690 939 27.3 39.83.6 98×104 290.0 19.12 32.76 标准 ≥617 ≥931 ≥20 ≥30 3.4-3.8≥49×104 ≥100 ≥5 低周疲劳以及蠕变/疲劳交互作用下的力学性能是在电液伺服Mycs-50E试验机上进行 的。载荷控制，载荷误差为±19.6Mfa,试验温度T=650±3°C,频率f=1Iz。为了避免 加载和卸载过程中载荷的冲击影响和以便与以 后进一步作带不同保持时间的试验结果相比 6% Qmag=U年1n Cmn丰dnin t:t- tahtt- 较，试验载荷谱全部采用近似于方波的梯形 波，如图1所示，其中t1/t2=10。 为了研究缺口对低周疲劳及蠕变/疲劳交 (a)Low eyele (b)Creep/fatigue 互作用的影响，分别测试了工作直径为5mm的 fatigue (LCF) interaction 光滑和缺口(R=0.75mm)试样的低周疲芳及 图1试验载荷谱示意图 蠕变/疲劳交互作用性能。本文采用固定最大 Fig.1 Load wave form chart 131

， ， 土、 、 于 · ， 尹 ， 手 · 合金具有 良好 的强 度和 足够 的塑性 ， 特别是 在高温 持久 试验 条件下 不 常 具 有 缺 口敏感倾 向等特点 ， 而在 国内外广泛地 应 用于航 空喷气发 动 机 、 地 面燃 气轮机 以 及大型烟 气 轮机作为涡轮盘 材料 〔 ‘ 〕 。 对于涡轮 盘材料 而 言 ， 低周疲 芳是 一 项 关键 的性能 ， 而 在 实 际使 用情况 下 ， 蠕变 、 疲劳交 互 作 用性能更 为重 要 。 但是 ， 缺 口 因素 对于 低 周疲 劳 以 及蠕 变 疲 劳交互作 用 下 力 学性能 的影响研究 甚 少 〔 “ 〕 ， 国 内对 合 全 盘材进 行这 类 系统 的研 究还 从未 进 行过 。 本文 目的不 仅要 直接 研究 合金 的缺 口 效 应 ， 并 几试 图通 过 对 的 研究 ， 对 这一 类 铁 基涡轮 盘 材料 得 出一 些 共 同的规 律 来指 导 实践 。 试验材料及方法 本试验 用料 直接取 自上 钢五 厂 电弧炉 真空 自耗 重 熔 生 产 的 ， 功 ， 重 约 的大型烟 气轮机 模 锻盘件 〔 。 合 金 成 分 为 一 一 炉 ， ， ， 。 ， ， ， ， ， 百 ， 艺 ， ， 飞 一 ， 乡石 ， 百 ， ， 其 余 为 。 模 锻盘 的 热处理制 度为 ￡ 士 ’ 油 土 。 “ 空 。 盘 件热 处理 后 晶 粒 细小 均 匀 ， 盘 子 心部 的低倍 腐蚀最 大 晶 粒直径 不 超过 ， 盘 件轮缘 部分 晶粒度 为 一 级 。 夹杂 物 为 级 。 盘 件检验 试 样 环 的力 学性 能都 符合 技术 标准要 求 见表 。 对 大涡轮 盘 在高 温接 近使 用 条件 下 的 力学性能 ， 本文 所进 行 的试验 方法 如 下 。 表 腿 合 金 模锻盘试 样环上 的 力 学性能 一 入 ，一 手 ， 室 温 性 能 性 能 一 一 － 一 －－－ 一－ 一 一 一 ℃ ， 持 久 ， 口 ， 占， ， 实 测 标 谁 。 夯 。 。 。 。 ， 火 又 又 召 ， ， 八， 价， 。 。 。 。 。 。 低 周 疲 劳以 及 蠕 变 疲 劳交 互作 用 下 的力 学性 能是 在 电液伺 服 一 试 验 机 上进行 的 。 载荷 控 制 ， 载荷误 差 为 士 “ ， 试验 温 度 二 士 “ ， 频 率 卜 。 为 了避 免 加 载和 卸 载过 程 中载荷 的 冲击 影响 和 以 便 与以 后 进一 步 作带 不 同保持 时间的试验 结 果 相 比 较 ， 试验 载荷谱全部采 用 近似于方 波 的 梯 形 波 ， 如 图 所示 ， 其 中 。 为 了研 究 缺 口 对低 周 疲 劳及 蠕 变 疲 劳 交 互作 用 的影响 ， 分别测试 了工作 直径 为 的 光 滑和 缺 口 。 试 样的低 周疲 劳 及 蠕变 疲劳交 互作 用性能 。 本 文 采用 固定 最大 一 、 一 图 试 验 载 荷 谱 示 意 图 乌

应力0m、,通过改变最小应力：mn来达到同时改变疲被劳交变应力分量△，和蠕变载荷分量 O的目的。考虑到以弹性变形为上和以塑性变形为上的形变对循环断裂机制的不同影响，选 用了2个不同的最大应力。··个应力是大下试验温度下的屈服强度，一个应力略低于屈服强 度，即！.，、1=666MPa:.、:=59M1n(菲：650°C下合金的厢服强度为617MPa左 )。 2试验结果及分析 2,1低周疲劳 光滑与缺门两种试样在650°C、1I1z条件下的低周玻步性能（△g-N:)曲线见图2。 对图2中光滑和缺试样的两条曲线进行数学处理后的回)1方用如下： 光滑：N,=9.795×1015△g-7.231,相关系数r=-0,991 (1) 缺门：N,=1.279×1011△g-4,相关系数r=-0.992 (2) 从图2可以香到不论是光滑试样还是缺I川 800- 试样的△-N,曲线都具有典型S-N曲线的特 0 征，即随着交变应力幅值的下降，低周疲劳断 ●Smno1h 裂寿命不断增加，并且增加速率越来越快。比 6 600- g Notch 较光滑和缺口两条曲线表明两种试样在相同交 500 ” 变应力幅下的寿命是不一样的。在△σ0。,2),缺门试样寿命高于光滑 试样，表明在大应力以塑性变形为上导因素的循环应力应变的断裂条件下反而没有疲劳缺 做感性。此时、缺I所起的作用是强化而不是弱化。把交变载荷(，)与缺「门敏感系数(R =N,缺/N:光）进行间归得出的1o与R的阿门方程式： R=2.38×10-5×4g2.95 相关系数r=0.051 (3) 根据这一方程得大约A`647M时，R1,即不存作披劳缺I敏感性，这与图2所示 4a617MFa时缺门疲芳寿命大于光滑疲劳标命的结果是基本一致的。 2.2蠕变，疲劳交互作用 本文对光滑、缺I试样分别测定了作650C,2个不同最人应力(w,、1=666MTa, T.2=588MPa)条件下的蠕变/疲劳交互作用性能.结果见图3。两种不同应力条件「的 1a-N,曲线分别示于图3中的(a)和(b)。 从图3中可以看到不论是哪个最大应力，曲线都行·个共同特点，都是反“C”形而 132

应 力 。 、 ， 通 过 改 变最小 应 力 。 。 。 来达 到 同时改 变 疲 劳 交 变应 力 分 鼠 △ 和蠕 变 载荷 分 量 。 的 目的 。 考虑到 以 弹性 变形 为 仁和以 塑性 变形 为主 的形 变 对 循环 断 裂机 制 的 不同影响 ， 选 用 了 个 不同 的最大 应 力 。 一 个应力是 大 于试验 温 度 下的 屈 服强 度 ， 一 个 应 力略 低于 屈 服 强 度 ， 即 ‘ 、 、 尸 。 、 二 入 ， 毛 下 合 金 的 屈服强 度 为 引 入 左 右 。 试验结 果及分析 低 周疲 劳 光 滑 与缺 「两 种试 样在 “ 、 条件 下的 低周疲 劳护三能 八 一 曲 线 见 图 。 对 图 ‘卜光 滑 和缺 试 样的两 条曲线进 行 数学 处 理 后 的回 归 方程如 下 光滑 义 ’ ， 一 · ’ ’ ， 相 关 系数 一 缺 日 ‘ ’ 八。 一 ‘ 相关 系数 一 。 从 图 可 以 看到 不 论是 光 滑 试样 还是 缺 试样的 △ 一 曲线都具有 典型 一 曲线 的 特 征 ， 即随 着交 变 应 力幅值 的下降 ， 低 周疲 劳 断 裂寿命 不 断增加 ， 并且 增加 速率越 来越 快 。 比 较 光滑 和缺 两条 曲线 表明两种试样 在相 同交 变 应 力幅下 的 寿 命 是 不 一 样 的 。 在 △ 时 ， 缺 口 试样的 寿命总是低 于光 滑 试 样 ， 说 明存 在疲劳缺 放 感性 。 这 一 点是 与持 久 条件下 缺 和 光滑 的 力学行 为 不 同 ， 即 所 研 究 的 合金 盘材在 “ 应 力 持久 条件 下不存在缺 「敏感性 。 从 图 还 值 得注 意 ， 两 条曲线有 一 交点 ， 交 点 所 对应 的应 力恰 好相 书 尸 一 只 卜 二工袱士，卜 勺匕。任 叭‘了。 〔 、 丫 。 一月 ’ 图 光滑 ’ 缺 试 徉的 低 周疲 劳性 曲线 一 万 卜 ， ， 于 试验温 度下的屁 服强 度 时 的。 。 。 这并 不是 一 个偶然 的巧 合 ， 在 一 合金 中也 出 现 这 个现 象 〔 ’ 。 其 表明 ， 在 屈 服强 度 以 八。 。 ， 缺 试样 寿命 高于 光滑 试样 ， 表 明 在大 应 力以 塑性 变形 为 一 导 因素的循环 应 力应 变 的 断 裂 条件 卜反 而没有 疲 劳 缺 日 敏 感性 。 此 时 ， 缺 所起 的作 用是 强 化而 不是 弱 化 。 把 交变 载荷 八 ’万缺 放感 系数 刀 了缺 光 进行 回 归得出 的八。 与 的 回 归 方程式 又 一 、 八汀 · 月 相 关 系数 ‘ 根 据 这一 方 程 得出 大 约 八， 一 柞 ” 时 ， ， 口 不 存 在 疲 芳 缺 日 敏 感性 ， 这 与图 所 示 」 一 时缺 疲 芳寿命 大 于 光滑疲 劳 寿命 的结 果是 基 本一 致 的 。 姗 变 ‘ 疲 劳 交互 作用 本 文对光滑 、 缺 「试样 分 别 测定 ’ 在 。 。 ， 个不 同最大 应 力 ‘ 、 ， ， 氏 、 条件 一 的蠕 变 疲 芳交 互 作 川 性 能 结 果 见图 。 两 种 不同 应 力 条什 「的 · 、 一 曲线 分别 示 于图 中的 和 卜 。 从 图 「 ，可 以 看到 不 论是哪 个 址 大 应 力 ， 曲线 都有 一 个共 同特点 ， 都 是 旱 反 “ ” 形而

具有一个凸出的“鼻子”。随着交变载荷（σ，=(0mx~0r1n)2)的降低，即随着平均应 力（σm=(0x+(:n2)的增加，试样寿命不断增加，然而当应力振幅达到一定值时，随 着σ，的降低，断裂寿命反而急剧下降。这种曲线与传统的疲劳曲线(S-N)和蠕变断裂寿 命曲线（σ-t,)都不同，但又有一定的内在联系。在“鼻子”的上部，曲线类似于疲劳的 S-N关系曲线，在“鼻子”的下部类似于蠕变断裂寿命的σ-t,关系曲线。如用图4来示意 地说明，蠕变/疲劳交互作用曲线有如是由疲芳的S-和蠕变的σ-t:两条曲线迭加而成的。 由于疲劳断裂主要受交变载荷。，的控制，蠕变断裂主要受平均应力σm控制，在曲线的上部 0较大，0m较小，所以主要反映出以疲劳为主的征，在曲线的下部0较小，0m较大，所 以反映出以蠕变为主的特征。在曲线的中部，疲劳与蠕变的作用相当，由于蠕变/疲劳交互 作用的结果，寿命大大缩短而出现了“务子”，它与纯疲劳的S-N和纯蠕变的σ-1，曲线都 偏离很远。 701 4 7#0r -10 G 66 60 ◆S1t: 0 事s14: 500一 051- 1】i6 500- o Netet 三100 400 2书6 -00 300叶 h 000, 66 20 ,g 10g--- i66 100f m-58pn ·排 0 11 (a) (b) 图3蠕变！投芳交互作用 Fig.3 Creep and fatigue interaction map 从图(a)可知，在同样的最大应力σmax= 53M『a下，光滑试样与缺口试样曲线的基 本趋势是一样的。不过在曲线的上部区域，光 Nr=f(Ga) 滑试样的寿命却低于缺口试样，其主要原因是 缺口对疲劳与蠕变有着不同的效应。前已所 N:=f(Oa.Cm) 述，所研究的GH13?合金盘材具有良好的持 【r=fg) 久塑性，而不具有持久缺口敏感性，但在疲劳 r 条件下，却仍存在着疲劳缺口敏感性。在图3(a) 图1蠕变'疲芳之五作用曲搜示意分析 曲线上部.交变载荷σ，较大，虽然有蠕变的 Tig.1 Illustration of creep and fatiguc 影响，但是疲劳仍起控制作用、所以缺口做感 interaction map 性不可避免地仍然要表现出来，导致缺口试样在同样的应力振幅下断裂寿命都低于光滑试 样，在曲线的下部，平均应力σ。较大，蠕变起主要作用，所以不表现出缺口敏感性，缺口 起了强化效应，导致缺口试样的寿命大于光滑试样、面耳缺口强化的程度要比缺门弱化的程 度大得多，这就使得在曲线中部疲芳与蠕变作用相当的区域，缺口试样的寿命仍大于光滑试 样。在Gmx=666MFa的条件下，无论是光滑还是缺门条件下的蠕变！疲劳交互作用曲线所 具有上述类似的粹征见图3(b),因此不再赘述。 从以上分析可知，即使没有持久缺口傲感性的高塑性材料。在纯疲劳或者蠕变/疲劳交 133

气 、 具 有 一 个 凸出 的 “ 鼻子 ” 。 随着交 变 载荷 。 。 。 。 、 一 。 ‘ 的降低 ， 即随着平 均 应 力 。 、 。 、 。 的增加 ， 试 样寿命 不 断增加 ， 然 而 当应 力振幅达 到一 定值时 ， 随 着 的降 低 ， 断裂寿命 反而急剧 下降 。 这 种 曲线 与传统 的疲 劳 曲线 一 和 蠕 变 断 裂 寿 命 曲线 一 都 不 同 ， 但 又 有一定 的 内在联 系 。 在 “ 鼻子 ” 的上 部 ， 曲线 类 似 于 疲劳 的 一 关 系 曲线 ， 在 “ 鼻子 ” 的 下部类 似于 蠕变 断裂寿命 的 一 关 系 曲线 。 如 用 图 来 示意 地 说 明 ， 蠕 变 疲劳交 互 作用 曲线有如是 由疲 劳 的 一 和 蠕 变的 一 两 条 曲线迭 加而成 的 。 由于 疲 劳断裂主要 受交变 载荷 。 的控 制 ， 蠕 变 断裂主要 受平均 应 力 二 控制 ， 在 曲 线 的上部 较大 ， 较小 ， 所以 主要 反映 出以疲劳 为主 的 特征 。 在 曲线 的下部 较小 ， 较大 ， 所 以 反映 出 以蠕 变为主 的特 征 。 在 曲线 的 中部 ， 疲 劳 与蠕 变 的作 用相 当 ， 由于 蠕 变 疲 劳交 互 作 用 的结 果 ， 寿命 大大缩 短 而 出 现 了 “ 弃子 ” ， 它 与纯 疲 劳 的 一 和 纯 蠕 变的 。 一 ， 曲线都 偏离 很 远 。 一－ 一一－－ 一 理 一 阳 ， 了 ， 纽二 · 已 、 办 。 止 」 日 一 口 、 ， 叹 · 。 苏 ‘ 介 山 陀 ， 一 图 蠕 变 疲 芳交 互 作川 呈 丈 “ 从 图 艺 可 知 ， 在同样 的最大 应 力二 。 、 二 于 下 ， 光 滑 试 样 与缺 口 试样 曲 线 的 基 本趋 势是 一样 的 。 不过 在 曲线 的 上部 区域 ， 光 滑试 样 的寿命 却低 于 缺 口 试样 ， 其主要 原 因是 缺 口 对疲劳 与蠕 变有 着不 同 的 效 应 。 前 已 所 述 ， 所研究 的 肥 合 金盘 材 具 有 良好 的 持 久 塑 性 ， 而 不具 有 持久 缺 口 敏感 性 ， 但 在疲 芳 条 件下 ， 却仍 存 在着疲 劳缺 口 敏 感性 。 在图 曲线 上部 交 变 载荷 口 。 较大 ， 虽 然 有 蠕 变 的 影响 ， 但是 疲 劳仍 起 控 制作 用 ， 所以 缺 口 放 感 一一一丁 扩 、 二 口 月 · 。 、 ， 匕 二 口 、 六 了 图 冬 蠕 变 疲劳 交互 作用 曲线 示 意 分 析 川 性 不可避 免地 仍 然要 表现出 来 ， 导致 缺 口 试样 在 同样 的应 力振 幅 下 断 裂 寿 命 都 低 于光滑试 样 ， 在 曲线 范下 部 ， 平 均应 力 二 较 大 ， 蠕变起 主 要 作 用 ， 所 以不表现 出缺 口 敏感性 ， 缺 口 起 了强化 效 应 ， 导致 缺 口 试 样 的寿命 大 于光滑试 样 ， 而月 缺 口 强 化 的程 度要 比缺 弱化 的 程 度 大 得 多 这就使 得 在 曲线 中部疲 劳 与蠕 变作 用 相 当灼 区域 ， 缺 口 试样 的寿命 仍大 于 光 滑试 样 。 在 。 、 的 条件 下 ， 无 论是 光滑还是 缺 口 条件 下 的蠕 变 疲 劳交 互 作 用 曲线 所 具 有 上述 类似 的特征 见 图 ， 因此 不再 赘述 。 从 以 上 分 析可 知 ， 即使 没有持 久 缺 口 敏 感性 的高塑性 材料 ， 在 纯 疲 劳 或者 蠕 变 了疲 劳交

五作用条件下仍然存在着缺门傲感性，就是说提高塑性也难以消除缺门对疲劳性能的不良影 响。谢锡善等〔？)对2种不同屈服强度的铁基高温合金G【?6大涡轮盘的研究结果表明，提 高材料的屈服强度不仅可以提高光滑疲劳性能，而且同样可以提高缺口疲劳性能。所以设法 提高材料的强度，可以补偿出于缺所选成的疲步性能不足。然而，材料强度的提高往往会 伴随者塑性的下降，而塑性是与持久缺口敏感性能紧密相联系的。塑性下降又势必导致持久 缺口敏感性的产。祸轮盘的破坏不仅受到疲劳的影响，而几要受到蠕变和蠕变/疲劳交互 作用的影响。为此，单方面追求材料的强度仪以此来提高疲劳性能会顾此失彼。为要兼顾到 材料的疲劳、蠕变以及蠕变/疲劳交互作用性能，就要使材料既有高的强度，又具有较高的 塑性，应该要求讽轮盘材料具有强韧化的特点。这样可以使整个蠕变疲劳交互作用曲线向 右移动，而在整个应力状态下，命都得以提高。这一点对丁长期运行的动力祸轮来说为 重要，因为除了披芳因素外，蠕变的作用仍是相当突出的。 900- 70: 700 7-10m ◆Clt12s 600- LHJ-N 、 3IN lI3h.N 11! 500 4 -30 3w怎 300 200 L 1 IMZ o 1-655· 400 100 619 200 50m 103 10 10 10' Cyoles fo failure,No Cyeles to fuaure.V: 图3 GH132与GH36合金的低周被芳性能对比 图GGH132与GH36介金的媛变/战步交T作 (GH36合金数据取自〔2) 用性能对比(GH36介金数据取门C2〕) Fig,Comparison of LCF properties Fig.6 Comparison of creep/fatiguc between GH132 and GH36 interaction propertics betwcen (GH36 data cited fromc?3) GH132 and GH36 (GH36 data cited from[2)) 为了说明这-点，把GH132合金与GH36合金加以比较。在650°C下，G1HI32:。,2= 617MPa,8=27;G1H36U.2=451MPa,6=18%,所以GH132相对于GH36来说具 有强韧化的特点。图5是GH132和1GH36合金低周疲劳性能的对比。从图5可以看出 GII132光滑和缺口试样的低周疲劳寿命都大于GH3合金，说明材料强度的提高不仅能够 提高合金的光滑疲劳而L.亦提高缺口疲劳性能。更重要的是把G1132合金的缺1曲线与 GII36的光滑性能曲线相比，在w>363MPa时，GH13?金金的缺I1疲劳：价还远大于 GII36的光滑疲芳寿命。即使在小σ<363MPa时，GI132合金的缺II标命也仅是略低于 G136的光滑疲劳岸命。山此说明，提高祸轮盘材料的屈服强度可以弥补山于缺1敏感所引 起的疲劳性能降低。 疲芳性能的提高固然重要，但任实际使用中更为关心的是疲劳与蠕变性能同时提高，或 者是蠕变！疲芳交五作用性能的提高。图6是GII32和GH36合金在650°C下的蠕变疲芳 交互作用曲线。GII132合金所采用的最人应力Umk=538MPa,GIH36介金的omx= 441MP,这2个应力值分别路低于各相应合金在试验温度下的屈服强度。当然这种比较很 难使2种介金处于完仑相同的应力状态，因为在相同的交变载荷下，(G132所取的：。x比 13-4

互 作 用 条 ’ 卜仍然 存 在着缺 一 敏感性 ， 就是 说提 高塑性 也难 以 消除 缺 口 对疲劳性 能 的不 良影 响 。 谢 锡善 等 〔 ’ 〕 对 种不 同屈 服 强 度 的铁 墓高温 合金 大 涡轮 盘 的研 究 结 果表明 ， 提 高 材料 的屈服 强 度不仅 可以提 高光滑疲劳性 能 ， 而且 同 样可以 提 高缺 口 疲 劳性 能 。 所以 设法 提 高 材料 的强 度 ， 可以 补偿 山于 缺 所 造成 的疲 劳性 能 不 足 。 然 而 ， 材料 强 度的提 高往往会 伴随 着塑性 的 下降 ， 而 塑性 是 与持久 缺 口 敏 感性 能 紧密 相 联 系 的 。 塑性 下降 又 势必 导致 持久 缺 口 敏感性 的 产生 。 涡轮 盘 的破 坏不 仅受到 疲 劳 的影响 ， 而 几要 受 到蠕 变和 蠕 变 疲 芳 交 互 作 用 的 影响 。 为此 ， 单 方面追 求 材料 的 强 度仅以 此 来提 高 疲劳性 能 会顾 此 失彼 。 为要 兼顾到 材料 的疲 劳 、 蠕 变以 及蠕 变 疲 劳 交 互作 用性能 ， 就 要 使 材料 既 有 高 的强 度 ， 又 具 有 较高的 塑性 ， 应 该要 求涡轮 盘 材料 具有强 韧化 的特 点 。 这样 可 以 使 整个 蠕 变 疲 劳交 互作 用 曲线 向 右移 动 ， 而 在整个应 力状 态 ’ ， 寿 命都得以提 高 。 这一 点 对 于 民期 运行 的 动 力涡轮 来说 比为 贡 要 ， 因 为除 了疲 劳 因 素外 ， 蠕 变的 作 川 仍是 相 当突出 的 。 萎 下‘，‘， 一东 ， － 一一丈 一己山万苦 一一、 ‘ ， 、 下一 ， “ 、 、 咬 ‘ 一 盛 又 卜 卜 、 ‘ 一 厂炭 ‘ 气 砧、 六、 、 、 〔 日 卜 注 ， 创 子了」卜 、 、 兮 叹 一 一 耳 万叱二 一二 粼 率式今八 及 马 夕 厂尹 ， 厂 ‘卜一一 ︸几 曰们︵ 曰八门 ‘ ‘ 呼 迁 毛一 」 二二 ‘ 夕 优祠一。尸的试甲﹂刀一。 · 书 户 ， 之 一 ， 入 ‘ 一 ，一一 宜心 工 、 了 ， 刃口‘ 【〕 咨 ‘ ， 一 丁川 “ 户 卜 户 ， 戈 习 书 与 合金的 氏周疲 芳性 能 又寸 七 合金 数据取 自〔 〕 几 于 〔 〕 一 与 合 金的蟠 变 疲 芳 交 乍 净﹂‘ 用 性能 对 七 合金 数据 取 门〔 ， 「 作八 ，几，‘ 件 几 〔 〕 为 了说 梦这 一 点 ， 把 们 合 金 与 一 合 金 以 比较 。 在 一 卜 ， 。 。 ， ‘了 夕石 了 。 。 “ 入至 ， ， 巧 ， 所以 正 相 对 于 理 来 说 具 有 强 韧 化 的特 点 。 图 是 和 合金低 周 疲 劳 性 能 的 对 比 。 从 图 可 以 看出 飞 光 滑 和缺 日 试 样 的低 周疲 劳寿命 都大 于 合 金 ， 说 明 材 料强 度 的 提 高 不仅能 够 提 高 合 金 的 光 滑疲 劳 而 亦提 高缺 日 疲 劳性 能 。 更 重要 的是把 合 金 的 缺 日 曲线 与 的光滑 担能 山线 丰 比 ， 〔 、 ‘ 入 ， 寸 ， 合 金 的缺 疲 劳 寿 命 还 远 大 于 的光 滑 疲 劳寿命 。 即使 在 』 入 ， 时 ， 合盒 ’ 缺 寿 命 也 达 是 略 低 于 的光滑疲劳寿命 。 山此 说 明 ， 提 高涡轮 盘 材料 的 屁服强 度可 以 弥 补 山于 缺 一 敏感 所 引 起 的疲 劳性能 降低 。 疲 劳性 能 的提 高 固然 重要 ， 但 在实际使 用 ‘ ‘ 更 为 关心 的是 疲 劳 ‘ 蠕 变性 能 同时提 高 ， 或 者是 蠕 变 疲 劳交 互 作 用性能 的提 高 。 图 是 和 合 叙在 的蠕 变 疲 劳 交 互 作 用 曲线 。 合金所采 的 最 大 屯 ‘，。 、 二 ， 合 余 的 。 。 、 ， 这 个应 力值 分别略低 于 各 相应合金 在试验 温 度 下的屈服 强 度 。 当 然 这 种 比较 很 难使 种 合金 处 于完全 相 同的应 力状态 ， 因 为 在相同的交 变载荷下 ， 所 取 的 。 。 、 比

GH?6大，也就是说GH132所承受的平均应力(om)要比GH36大，即GH132合金所处的 应力状态更为恶劣。从图6可以看出，尽管如此，GH132合金的蠕变/疲劳交互作用性能仍 比GH36合金好得多。GH132合金的光滑试样曲线，除去0.接近于零的以外，整个曲线都 向右推移，即寿命延长了。特别重要的是GH132缺口曲线在整个应力范围与GH36光滑和 缺口曲线相比都向右移了。说明具有强韧化特点的GH132合金其缺口试样的蠕变/疲劳交互 作用性能不仅要比GH36合金的缺口性能，而且也比GH36光滑试样的蠕变/疲芳交互作用 性能为好。图6的结果进一步表明具有强韧化特点的GH132合金无论是蠕变、疲劳以及蠕 变/疲劳交互作用（包括光滑和缺口)条件下都具有良好的综合性能。 了结论 (1)即使不存在持久缺口敏感性的GH132合金盘材仍然存在着低周疲劳的缺口敏感 性，只有当交变载荷值高于相应温度的屈服强度值时，疲芳缺口敏感性才消失。 (2)GH132合金不论是光滑试样还是缺口试样的蠕变/疲劳交互作用曲线都具有反 “C”型曲线的特点，而且有一个突出的最大值(“鼻子”)。在“鼻子”的上部存在着缺口 的傲感性，在“鼻子”的下部和“鼻子”区域，缺口试样寿命高于光滑试样。 (3)通过对GH132合金低周疲劳与蟠变/疲劳交互作用性能的分析及其与GH36合金 的对比，说明提高合金的屈服强度不仅可以提高光滑疲芳而且同样提高缺口疲芳性能。特别 是当同时提高合金的强度与塑性，即达到“强韧化”的效果时，就可以提高整个应力范围内 的蠕变/疲劳交互作用性能。因此，对涡轮盘材料进行“强韧化”是提高这类合金使用性能 的一个重要方向。 参考文献 1北京钢铁学院高湿合金教研室编.GH132合金，国防工业出版社，1980 2谢锡善等.GH36合金涡轮盘材料持久缺口敏感性对蠕变、疲劳及其交互作用条件 下力学行为的影响，第五届全国高温合金年会文集，195：351~369 3上钢五厂，北京钢铁学院，112,420厂.烟气轮机用GH132合金祸轮盘材料研 究总结，1983：YZ83~17 135

气 大 ， 也就是说 一 所承受的 平 均应 力 要 比 大 ， 即 合 金 所处 的 应 力状 态更 为 恶劣 。 从 图 可 以 看出 ， 尽管如此 合金 的蠕变 疲 劳交 互 作 用性能仍 比 合金 好得多 。 合金 的光滑试样曲线 ， 除去 ， ‘ 接近 于零 的以 外 ， 整个 曲线都 向右推移 ， 即 寿命延长 了 。 特别重要 的是 缺 口 曲线 在整个应 力范 围 与 光滑和 缺 口 曲线相 比都 向右移 了 。 说明具 有强 韧 化特点 的 合金 其 缺 口试样 的蠕变 疲 劳交互 作 用性能 不 仅要 比 合 金 的缺 口 性能 ， 而且也 比 肠 光滑试样 的蠕变 疲 劳交 互作 用 性能 为好 。 图 的结果 进一 步表 明具有 强 韧化 特点 的 犯 合金 无 论是 蠕变 、 疲 劳以 及 蠕 变 疲 劳交 互作 用 包 括 光 滑 和缺 口 条 件下都具 有 良好 的综 合性能 。 结 论 即使 不存在持久 缺 口 敏感性 的 合 金 盘材仍然 存 在着低 周 疲 劳 的 缺 口 敏 感 性 ， 只 有 当交 变载荷值高于相 应 温 度的 屈服强 度值时 ， 疲 劳 缺 口 敏 感性才消失 。 合 金 不论是 光 滑 试 样 还 是 缺 口 试 样 的蠕变 疲 劳交 互作 用 曲线都具有反 “ ” 型 曲线 的特点 ， 而且 有一 个突 出 的最大值 “ 鼻子 ” 。 在 “ 鼻子 ” 的上部 存 在着缺 口 的敏感性 ， 在 “ 鼻子 ” 的下 部和 “ 鼻子 ” 区域 ， 缺 口 试样 寿命高于光 滑试样 。 通过 对 合 金低周 疲劳与蠕 变 疲劳交互 作 用性能 的 分析 及 其 与 合金 的对 比 ， 说 明 提高合 金 的屈 服 强 度不 仅可 以 提高 光 滑疲 劳 而 且 同样 提 高 缺 口 疲 劳性能 。 特别 是 当同时 提高 合金 的强 度 与塑性 ， 即达到 “ 强韧化 ” 的效 果 时 ， 就 可 以提高 整 个应 力范 围 内 的蠕变 疲劳交 互 作 用性能 。 因此 ， 对涡轮盘 材料 进 行 “ 强 韧化 ” 是 提高这 类 合 金使 用性能 的一 个重 要 方 向 。 参 考 文 献 北京 钢铁 学 院高温合 金教 研 室编 合 金 ， 国防 工业出版社 ， 。 谢锡善等 合 金涡轮盘材料持久 缺 口 敏 感性 对 蠕变 、 疲 劳及其交 互作 用条件 下 力学行 为的影响 ， 第五 届全 国高温合 金 年会文 集 ， 一 上钢五 厂 ， 北京 钢铁学 院 ， 厂 一 ， 。 厂 烟气轮机 用 合 金 涡轮盘 材料研 究总结 ， 一