GH4169合金在650℃下疲勞小裂紋萌生和擴展行為

吳 楠， 張顯程， 王正東， 涂善東

(華東理工大學承壓系統與安全教育部重點實驗室，上海 200237)

為了提高航空發動機工作的溫度和應力水平，鎳基合金是最早被引進用做航空發動機渦輪盤材料的合金，且通常在復雜工況下工作［1］。經過不斷的改進，已經實現了較高的推重比和燃料利用率。由于在高溫下具有良好的抗疲勞性能、抗蠕變性能、組織穩定性和斷裂韌性，GH4169(Inconel 718)是目前航空發動機中使用最多的一種金屬材料，主要用于渦輪盤等斷裂關鍵構件的制造［2～4］。對于該合金的研究，早期集中于微觀組織、加載參數、溫度、環境對長裂紋擴展行為的影響［5～9］;然而美國空軍發動機結構完整性大綱規定，發動機斷裂關鍵件要按損傷容限進行設計［10］。損傷容限壽命法要求關于裂紋萌生和擴展的精確信息，應力水平較高的情況下，斷裂前長裂紋擴展所占的壽命比例很小，小裂紋的萌生和擴展占據其壽命的主要部分。對于渦輪盤來說，其與葉片相連接處的杉樹型固定裝置導致應力集中效應的存在，可能會在連接處引起GH4169合金的屈服行為，因此在杉樹型缺口根部的低周疲勞裂紋擴展成為渦輪盤服役損傷形式的一種，研究存在應力集中情況下的小裂紋萌生和擴展行為更加重要［11］。

對于存在應力集中下的小裂紋萌生和擴展行為已經有人進行過研究［11～14］。Connolley 等［11］對 Inconel 718進行了600℃下帶有缺口的四點彎疲勞實驗，結果表明，裂紋大多萌生于夾雜粒子附近，小裂紋的萌生和擴展階段占全壽命的80%以上，進行的高溫氧化研究結果表明，高溫下表面或近表面的碳化物會發生氧化，導致體積膨脹，與周圍的基體變形不匹配產生額外的應力，解釋了小裂紋大多萌生于夾雜物的試驗現象?！?br>