长时高温和应力对FGH97合金物理性能的影响

长时高温和应力对FGH97合金物理性能的影响

刘昌奎;陈锋;周静怡;魏振伟;陶春虎

【摘要】The density, sound velocity and modulus of FGH97 PM superalloys were measured and calculated,which had passed through high temperature tests and high temperature stress endurance tests after various time.Meanwhile,the microstructure was also analyzed.The influence of long-term high temperature and stress on the density,sound velocity and modulus of FGH97 PM superalloys were researched.The results show that:under conditions of high temperature and high temperature stress,the density,sound velocity and elastic modulus of FGH97 PM superalloys decreased gradually with the increase of time;each characteristic parameter had a more outstanding change under high temperature stress endurance tests than high temperature tests;the time variation of microstructure were that the carbide coarsened,the morphology,volume fraction and size of γ′phase changed,and the thermally induced porosity,creep cavity and microcracks appeared in the grains or on the grain boundaries.%对经历不同时间高温热暴露和高温应力持久试验的FGH97粉末高温合金,分别测定和计算了其密度、声速和模量,并对显微组织进行了分析,研究长时高温和高温应力持久对FGH97粉末高温合金密度、声速和模量的影响.结果表明:在高温和高温应力持久条件下,随着时间的增加,FGH97粉末高温合金的密度、声速及弹性模量均逐渐降低;在高温条件下,应力对各个特征参量的影响更为显著;显微组织随时间的变化主要有碳化物粗化,γ′相的形貌、体积分数和尺寸发生变化,以及热诱导孔洞、蠕变孔洞、微裂纹在晶内和晶界上出现.

【期刊名称】《理化检验-物理分册》

【年(卷),期】2017(053)009

【总页数】6页(P629-634)

【关键词】FGH97粉末高温合金;热暴露;高温应力持久;声速;模量;显微组织

【作者】刘昌奎;陈锋;周静怡;魏振伟;陶春虎

【作者单位】中国航发北京航空材料研究院,北京 100095;航空工业失效分析中心,北京 100095;航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京 100095;材料检测与评价航空科技重点实验室,北京 100095;江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院,常州 213000;中国航发北京航空材料研究院,北京 100095;航空工业失效分析中心,北京 100095;航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京 100095;材料检测与评价航空科技重点实验室,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095;航空工业失效分析中心,北京 100095;航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京 100095;材料检测与评价航空科技重点实验室,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院,北京 100095;航空工业失效分析中心,北京 100095;航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京 100095;材料检测与评价航空科技重点实验室,北京 100095

【正文语种】中文

【中图分类】V256

与铸造和变形高温合金相比，粉末高温合金具有合金化程度高、组织均匀、中低温强度和疲劳性能好等优点，很好地解决了传统工艺存在的成分偏析等问题。使用粉

末高温合金材料制成的盘件，解决了许多传统工艺不能解决的问题，满足了先进航空发动机涡轮盘等的需要[1-3]。

FGH97粉末高温合金在650 ℃具有优良的综合力学性能，已经成为先进航空发动机涡轮盘、挡板等热端部件的关键材料。尽管该合金具有良好的综合性能，但在服役过程中，由于受到高温和应力的作用，材料组织演化造成的性能下降仍不可避免。如何对该合金构件的服役性能进行无损的检测与评价、保证其服役安全至关重要。目前对构件服役性能的评价主要是通过研究长时间服役后材料显微组织和力学性能的变化规律并采用相关的寿命预测模型来进行，这些方法主要是用于设计阶段构件使用寿命的预测。例如：魏大盛等[4]研究了保载条件下FGH95合金的疲劳特性，并建立了一种修正的非弹性应变能寿命预测模型；刘新灵等[5]总结了FGH96合金的损伤行为与寿命预测方法，并提出了基于原始疲劳质量的寿命预测方法；张国栋等[6]研究了粉末高温合金热机械疲劳寿命预防等。这些方法均存在取样需要破坏

构件等缺点，无法实现对构件服役过程中的组织和性能进行无损的检测与评价。

目前对粉末高温合金的无损检测与评价，主要是采用超声等手段对合金中的缺陷进行检测与评价。例如：梁菁等[7]研究了多区聚焦技术在粉末高温合金微缺陷检测

中的应用；张凤戈等[8]研究了FGH95合金超声检测材料中心的孔隙和夹杂缺陷等。而采用无损的手段对粉末高温合金构件服役过程中组织和性能的检测与评价鲜有报道。

由于材料的物理性能如密度、声速、模量是开展超声无损检测与评价的基础，因此笔者对经历不同时间的高温热暴露试验和高温应力持久试验的试样进行微观组织变化分析，并测定计算了材料的密度、声速和模量，以研究模拟服役条件下长时高温和高温应力持久对FGH97合金物理特性的影响规律及机制。该研究对于采用无损手段实现对构件服役过程中组织和性能的检测与评价、以及服役寿命预测和安全评估具有重要的工程应用价值。