D0I:10.13374/j.iss1001053x.1997.04.027 第19卷第4期 北京科。技大学学报 Vol.19 No.4 1997年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1997 高温合金涡轮盘材料的裂纹扩展速率* 徐志超周建波 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要用直流电位法研究了高温合金涡轮盘材料的裂纹扩展速率，结果表明：高温合金涡轮盘材 料的裂纹扩展速率快慢，不完全取决于材料强度，更主要地取决于持久塑性，在考察高温合金涡 轮盘材料的裂纹扩展时，不能仅以速率值dadN的绝对值来衡量，还应看裂纹扩展速率曲线的斜 率是否锐减或曲线出现明显的拐点，以及曲线所对应的应力强度因子△的范围， 关键词高温合金，涡轮盘，裂纹扩展速率 中图分类号TG142.73 裂纹扩展速率不仅是高温合金涡轮盘的重要使用性能，同时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1~)都从不同角度对高温合金材料的裂纹扩展速率进 行过研究，并得出一些有益的结果，但这些研究基本都是对单一合金某一条件下的研究，还缺 乏整体、完整的概念，特别是综合性的比较.为了得出一些规律性的结果，本文对国产高温合 金涡轮盘材料的裂纹扩展速率进行了比较，这里既有高强度高合金化的Ni基合金如FGH95( 粉末冶金生产)和Waspaloy合金、高合金化和高强度的Ni一Fe基合金如GH76l,还有低合金 化和强度较低的Fe基合金如GH871和GH32合金、用y'+y·相强化的高强度GHl69和直 接时效的GH169合金，可以说汇集了我国当前使用和研制的大部分高温合金涡轮盘材料.其 目的是想从客观上反映我国现有和即将应用的F,基高温合金涡轮盘的裂纹扩展速率所 处的大致水平及影响因素，而且从涡轮盘设计和使用角度看，掌握祸轮盘在接近使用条件下 的裂纹扩展速率的总体概念和数量级，对于正确使用涡轮盘无疑具有重要的工程意义， 1 研究方法 为了便于比较，各种高温合金涡轮盘材料裂纹扩展速率的测定工作是在相同的试验设 备、相同的试验方法（直流电位法）、相同的紧凑拉伸试样(25mm×25mm×10mm),以及相 同的试验条件(650℃，最大应力条件下保载90s)进行的. 2结果和讨论 2.1不同高温合金涡轮盘材料强度和持久塑性的回顾 不同高温合金涡轮盘材料在650℃的抗拉强度和持久塑性的比较见图1.从图1可见，同 是涡轮盘材料但强度的差别很大，FGH95合金的抗拉强度可以是GH132合金的2倍.如果将 1997-01-28收稿第一作者男58岁副教授 ◆国家“八五”、“九五”攻关项目第 19 卷 第 4期 1 9 9 7年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v er s i t y o f Sc i e n e e a n d T e c h n o l o g y B e ji i n g V o l 。 19 N o . 4 A u g . 19 9 7 高温合金 涡 轮盘 材料 的裂纹扩展 速率 * 徐志超 周 建波 北京科技大学材 料科学 与工 程 学院 , 北 京 10 0 0 8 3 摘要 用 直流 电位 法研究 了高温合 金涡 轮盘材料 的裂 纹扩展速率 . 结果表明 : 高温合金 涡轮盘材 料的裂纹 扩展速率快 慢 , 不完全取 决于 材料 强度 , 更主 要地取 决于 持 久塑性 . 在考 察高温合金 涡 轮盘材料 的裂纹扩展 时 , 不能仅 以 速率值 da d/ N 的绝对值来衡量 , 还 应看 裂纹扩展速 率 曲线 的斜 率是 否锐减或曲线出现明显的拐点 , 以 及曲线所对应 的应力 强度 因子△天 的范围 . 关键 词 高温合金 , 涡轮 盘 , 裂纹扩展速率 中图分类号 T G 1 4 2 . 7 3 裂 纹扩展 速 率不 仅是 高温 合金 涡 轮盘 的重要 使 用性能 , 同时也 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 〔’ 一 ’ ]都从 不 同角度 对高 温 合金材 料 的裂纹 扩展 速率 进 行 过研究 , 并 得 出一些 有 益 的结果 . 但 这些研 究基 本 都是 对单 一合 金某 一条 件下 的研 究 , 还缺 乏 整体 、 完 整 的 概念 , 特 别是 综 合性 的 比 较 . 为 了得 出一 些规律性 的结果 , 本文 对国产 高 温合 金 涡轮 盘材 料 的裂纹 扩展 速率 进行 了 比较 , 这里 既有 高强 度高 合金 化 的 预 基 合金 如 GF 9H 5( 粉 末冶 金生 产 )和 w as aP loy 合金 、 高合金化 和 高强度 的 两 一 eF 基合 金如 G H 76 1 , 还有低 合金 化 和强 度较 低 的 eF 基 合金 如 G H8 71 和 G H 1 32 合金 、 用 y `勺 “ 相强 化 的高强 度 G H 1 69 和 直 接 时效 的 G H 169 合金 , 可 以 说汇集 了 我 国 当前使 用 和研制 的 大部 分高 温合 金 涡轮 盘材 料 . 其 目 的是想 从 客 观上 反 映我 国现有 和 即将 应 用 的 eF 、 预 基 高 温合 金 涡轮 盘 的 裂纹 扩 展速 率 所 处 的大致 水 平 及影 响 因素 , 而 且从涡 轮盘 设 计和 使 用角 度 看 , 掌握 涡 轮盘 在 接近 使用条 件 下 的裂 纹扩展 速 率 的总体 概念 和数 量级 , 对 于正确 使 用涡轮 盘无 疑具 有重 要 的工程 意义 . 1 研究方法 为 了便于 比较 , 各种 高温 合 金 涡 轮盘 材料 裂 纹 扩展 速 率 的测 定 工 作是 在 相 同 的试 验 设 备 、 相 同的试 验方 法 ( 直流 电位 法) 、 相 同的 紧凑拉 伸试样 ( 25 m m x 25 ~ x lo m m ), 以 及 相 同的试验 条件 ( 65 0 ℃ , 最大 应力 条件 下保载 90 5) 进行 的 . 2 结 果 和讨 论 2 . 1 不 同高温 合金涡轮盘 材料强度和 持 久塑性 的回顾 不 同高 温合金 涡轮盘 材料 在 6 50 ℃ 的抗 拉强 度和 持久 塑性 的 比较见 图 1 . 从 图 l 可见 , 同 是 涡 轮盘材 料但 强度 的差 别很 大 , GF 9H 5 合 金 的抗 拉 强度 可 以是 G H 1 32 合金 的 2 倍 . 如 果将 19 9 7 一 01 一 2 8 收稿 第一 作者 男 58 岁 副教授 * 国家 “ 八五 ” 、 “ 九五 ” 攻 关项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 04. 027