·1502· 北京科技大学学报 第33卷 好的低周疲劳性能.在涡轮盘及叶片运行过程中， 粒组织对冲击韧性及裂纹扩展速率的有益作用，为 影响合金裂纹扩展的重要参数主要有两方面： GH864合金设计应用提供一定实验基础. 本质原因有合金化学成分、治金质量、热处理条件、 显微组织及弹塑性行为等：力学方面原因有裂纹的 1实验材料与方法 几何形状、载荷大小以及应力加载速率等。此外，物 本实验合金均来自于商用GH864合金轧制棒 理化学因素对裂纹扩展性能影响也很大，如环境条 料，采用真空感应+真空自耗(VIM+VAR)双联工 件、裂纹尖端周围的环境温度及环境成分.同时，对 艺冶炼而成，其化学成分如表1所示.三种不同初 于给定的合金来说其热加工原始组织状态的差异， 始轧态原始组织如图1所示.由图1可以看出：图1 很有可能造成合金使用性能的较大差异. (a)和图1(b)是经形变再结晶充分的等轴晶组织， 本文研究了商用GH864合金棒材三种原始组 依次呈现晶粒尺寸减小的趋势；而图1(c)棒材组 织特征状态，并将原始合金棒材经过标准热处理，比 织，则是由大量未完全再结晶的大晶粒和细小的再 较了热处理后合金与原始轧制态组织演化，通过设 结晶晶粒组成的混晶组织. 计冲击断裂韧性实验及650℃高温裂纹扩展实验， 表1GH864合金化学成分（质量分数） 运用光学显微镜(OM),场发射扫描电子显微镜 Table 1 Chemical composition of GH864 alloy % (FESEM)及图像处理软件mage Tool等工具，对 C Cr Mo Co Ti Al B Zr Ni GH864合金显微组织进行了分析与评价，研究了不 0.03619.214.2913.233.121.440.0080.06Bal 同热处理态组织对合金性能的影响，发现项链状晶 b) (c) 100m 100m 100m 图1三种初始轧态GH864合金品粒组织.(a)粗品组织：(b)细晶组织：(c)混品组织 Fig.1 Three different initial microstructures of GH864 alloy:(a)coarse grain structure:(b)fine grain structure:(c)mixed grain structure 将三种不同初始轧制状态的试样，在高温箱式 (Charpy)冲击试样GB229一84标准执行U型缺口 电阻炉内进行标准热处理：1020℃，4h/空冷→845 标准样. ℃，4h/空冷→760℃，16h/空冷，然后用线切割加工 线切割 6±0.1（二孔） 试样.裂纹扩展试样按JB/T8189一1999并参照 ASTM标准E647-81制成标准紧凑拉伸试样(CT) 试样.对于CT试样，循环应力强度因子范围（△K) 有标准解，CT试样的循环应力强度因子为 ) (1) “0 10±0.1 10±0.1 f(0）=29.6(a/mh-l85.5(a/W)n+ 4一200.1 655.7(a/W)5n-1017(a/W0)n+638.9(a/W)92 25±0.1 (2) 图2CT裂纹扩展速率标准试样（单位：mm) 式中，a为初始裂纹长度，△P为实验所用最大载荷 Fig.2 Compact tension specimen of crack propagation test (unit mm) 与最小载荷之差，W为试样的宽度，B为试样的厚 度.实验前用钼丝切割出缺口，试样形状如图2所 为了接近合金实际的工作条件，裂纹扩展速率 示.对于室温冲击性能的测定，则根据金属夏比 实验温度为650℃，并采用恒幅载荷法，波形如图3北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 好的低周疲劳性能． 在涡轮盘及叶片运行过程中， 影响合金裂纹扩展的重要参数主要有两方面［7--8］: 本质原因有合金化学成分、冶金质量、热处理条件、 显微组织及弹塑性行为等; 力学方面原因有裂纹的 几何形状、载荷大小以及应力加载速率等． 此外，物 理化学因素对裂纹扩展性能影响也很大，如环境条 件、裂纹尖端周围的环境温度及环境成分． 同时，对 于给定的合金来说其热加工原始组织状态的差异， 很有可能造成合金使用性能的较大差异． 本文研究了商用 GH864 合金棒材三种原始组 织特征状态，并将原始合金棒材经过标准热处理，比 较了热处理后合金与原始轧制态组织演化，通过设 计冲击断裂韧性实验及 650 ℃ 高温裂纹扩展实验， 运用光学显微镜 ( OM) ，场发射扫描电子显微镜 ( FESEM) 及图像处理软件 Image Tool 等工具，对 GH864 合金显微组织进行了分析与评价，研究了不 同热处理态组织对合金性能的影响，发现项链状晶 粒组织对冲击韧性及裂纹扩展速率的有益作用，为 GH864 合金设计应用提供一定实验基础． 1 实验材料与方法 本实验合金均来自于商用 GH864 合金轧制棒 料，采用真空感应 + 真空自耗( VIM + VAR) 双联工 艺冶炼而成，其化学成分如表 1 所示． 三种不同初 始轧态原始组织如图 1 所示． 由图 1 可以看出: 图 1 ( a) 和图 1( b) 是经形变再结晶充分的等轴晶组织， 依次呈现晶粒尺寸减小的趋势; 而图 1 ( c) 棒材组 织，则是由大量未完全再结晶的大晶粒和细小的再 结晶晶粒组成的混晶组织． 表 1 GH864 合金化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of GH864 alloy % C Cr Mo Co Ti Al B Zr Ni 0. 036 19. 21 4. 29 13. 23 3. 12 1. 44 0. 008 0. 06 Bal. 图 1 三种初始轧态 GH864 合金晶粒组织． ( a) 粗晶组织; ( b) 细晶组织; ( c) 混晶组织 Fig． 1 Three different initial microstructures of GH864 alloy: ( a) coarse grain structure; ( b) fine grain structure; ( c) mixed grain structure 将三种不同初始轧制状态的试样，在高温箱式 电阻炉内进行标准热处理: 1 020 ℃，4 h /空冷→ 845 ℃，4 h /空冷→760 ℃，16 h /空冷，然后用线切割加工 试样． 裂纹扩展试样按 JB /T8189—1999 并 参 照 ASTM 标准 E647--81 制成标准紧凑拉伸试样( CT) 试样． 对于 CT 试样，循环应力强度因子范围( ΔK) 有标准解，CT 试样的循环应力强度因子为 ΔK = ΔP BW1 /2 ( f a ) W ( 1) ( f a ) W = 29. 6 ( a /W) 1 /2 － 185. 5 ( a /W) 3 /2 + 655. 7 ( a /W) 5 /2 － 1 017 ( a /W) 7 /2 + 638. 9 ( a /W) 9 /2 ( 2) 式中，a 为初始裂纹长度，ΔP 为实验所用最大载荷 与最小载荷之差，W 为试样的宽度，B 为试样的厚 度． 实验前用钼丝切割出缺口，试样形状如图 2 所 示． 对于室温冲击性能的测定，则根据金属夏比 ( Charpy) 冲击试样 GB229—84 标准执行 U 型缺口 标准样． 图 2 CT 裂纹扩展速率标准试样( 单位: mm) Fig． 2 Compact tension specimen of crack propagation test ( unit: mm) 为了接近合金实际的工作条件，裂纹扩展速率 实验温度为 650 ℃，并采用恒幅载荷法，波形如图 3 ·1502·