動(dòng)態(tài)載荷下GH4199合金拉伸變形行為及機(jī)理研究.pdf

1、高溫合金的發(fā)展與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步密切相關(guān)，是制造現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)等熱端部件不可替代的關(guān)鍵材料。隨著軍事現(xiàn)代化的進(jìn)一步深化，飛機(jī)、艦艇等裝備不斷向高速、重載、集成化、高精度、長(zhǎng)壽命等方向發(fā)展，其相應(yīng)裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，除需要承受高溫、循環(huán)載荷等條件外，對(duì)于高速、動(dòng)態(tài)載荷等承載能力的要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的靜態(tài)力學(xué)性能數(shù)據(jù)已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)代高性能發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、性能設(shè)計(jì)的迫切需求。
　　考慮到材料失效是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)

2、程，曾有研究者提出應(yīng)根據(jù)材料的動(dòng)態(tài)失效，進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，即從高溫合金服役過(guò)程中的失效形式入手，從失效機(jī)理找出預(yù)防失效的判據(jù)，進(jìn)而反饋到材料組分、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，延長(zhǎng)材料的使用壽命。雖然諸多研究者對(duì)金屬材料動(dòng)態(tài)載荷下的變形及斷裂行為等一直進(jìn)行著深入研究，但對(duì)于不同材料而言，應(yīng)變速率的影響規(guī)律以及機(jī)理解釋并不統(tǒng)一和明確。但是，對(duì)基于實(shí)際服役條件的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)而言，這些問(wèn)題的澄清仍是十分重要和必須的。
　　為此，本文以GH4199合金為對(duì)象

3、，研究了具有不同晶界含量的固溶態(tài)和不同尺寸γ'相的時(shí)效態(tài)合金的動(dòng)態(tài)拉伸變形行為，分析和探討應(yīng)變速率對(duì)晶界強(qiáng)化和γ'相強(qiáng)化作用的影響規(guī)律及機(jī)制，為基于動(dòng)態(tài)力學(xué)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料設(shè)計(jì)提供必要的理論支持。
　　研究結(jié)果表明，隨著應(yīng)變速率的提高，固溶態(tài)合金屈服強(qiáng)度增加，增幅逐步擴(kuò)大;抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率呈先降低、后增加的變化趨勢(shì)，分別在(ε)為10-1s-1和102s-1處存在極小值。當(dāng)應(yīng)變速率較低時(shí)，(ε)為10-3s-1～101s

4、-1，隨應(yīng)變速率的增加，合金中位錯(cuò)纏結(jié)增加，塑性變形抗力提高;(ε)為101s-1～103s-1時(shí)，合金中開(kāi)動(dòng)的滑移系增多，出現(xiàn)交滑移、多系滑移現(xiàn)象和形變孿生等現(xiàn)象，在一定程度上提高了合金的塑性變形能力。隨應(yīng)變速率的增加，Hall-Petch關(guān)系式中反映晶內(nèi)變形抗力的σ0逐漸增大，反映晶界對(duì)變形的影響系數(shù)的K在(ε)為10-3s-1和103s-1時(shí)最小。
　　時(shí)效態(tài)合金中，隨應(yīng)變速率的提高，屈服強(qiáng)度增加，在(ε)為102s-1～5

5、×102s-1，增幅擴(kuò)大;抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率呈先緩慢下降，后急劇增加的變化趨勢(shì)，分別在(ε)為10-1s-1和102s-1處存在極小值。當(dāng)應(yīng)變速率較低時(shí)，(ε)為10-3s-1，位錯(cuò)繞過(guò)尺寸小，間距大的γ'相，符合Orwan繞過(guò)機(jī)制;隨著γ'相尺寸的長(zhǎng)大，強(qiáng)度的增加，位錯(cuò)以攀移方式越過(guò)γ'相。當(dāng)應(yīng)變速率為101s-1時(shí)，位錯(cuò)有切過(guò)γ'相現(xiàn)象，隨著應(yīng)變速率的增加，被切過(guò)的γ'相尺寸逐漸增大。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，晶界弱化現(xiàn)象明顯，沿晶二次