GH4738高温合金的应力松弛影响因素

发布时间：2019-07-17 14:35

【摘要】：详细研究了紧固件用高温合金GH4738在不同温度和初应力,及不同热处理制度下的应力松弛行为。研究表明:应力松弛的两个阶段之间存在一个槛应力σ'_0,低于此槛应力σ'_0时,塑性应变速率快速下降。随着温度的升高,GH4738合金的松弛稳定性下降,应力松弛速率加快,松弛极限降低。随着初应力的提高,松弛第1阶段松弛速率加快,松弛极限有所增大。不同的固溶温度和稳定化热处理工艺主要影响了合金松弛过程的第2阶段,对其槛应力及松弛稳定性均无明显影响。
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图片说明： ?段的规律。将完成松弛试验之后的试样切取Ф5mm×5mm的组织分析样品。样品经过机械打磨抛光，并进行电解侵蚀之后使用场发射扫描电子显微镜FESEM观察析出相γ′和晶界碳化物M23C6。电解侵蚀方法：将试样放于150mL磷酸+10mL硫酸+15g铬酐的混合溶液中电解侵蚀5~8s，直流电压为3~5V，然后使用乙醇在超声波清洗器内清洗10min。2结果与讨论应力松弛现象可通过应力松弛曲线来表征。松弛曲线通过应力松弛试验测定是在规定温度下，对试样施加载荷，保持初始变形量恒定，测定试样上的应力随时间变化而得到的曲线(图1)。图中σ0为初始应力，在任一时间试样上所保持的应力称为剩余应力σsh；试样上所减少的应力，即初始应力与剩余应力之差称为松弛应力σso。根据σ-t应力松弛曲线可将松弛曲线分为2个阶段：开始时，随时间延长，试样上的应力下降很快，称为松弛第1阶段；此后应力下降逐渐减缓，，称为松弛第2阶段；因为应力的下降有一个限度，曲线最后趋向于与时间轴平行，此时的应力称为松弛极限σr，它表示在一定的初始应力和温度下，不再继续发生松弛的剩余应力。并且应力松弛的两个阶段中间存在一个槛应力0。金属材料抵抗应力松弛的性能称为松弛稳定性。松弛稳定性可以由000S表示，S0称为晶间稳定系数；S0值越大表明松弛稳定性越高。不同阶段内的应力松弛速率vr由rvt表示。应力松弛现象通常可以用松弛极限，松弛速率以及松弛稳定性进行表征。图1应力松弛曲线示意图Fig.1Schematicdiagramofstressrelaxationcurve本实验通过应力松弛曲线来研究温度、初应力以及热处理制度各个影响因素对GH4738合金应力松弛性能的影响。2.1温度对GH4738应力松弛的影响初?
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图片说明：第9期朱擎等：GH4738高温合金的应力松弛影响因素·2549·图5不同温度下各阶段松弛速率和槛应力0及晶间稳定系数S0Fig.5Relaxationrateoftwostages(a)andthethresholdstress0andgrainstabilitycoefficientS0(b)atdifferenttem-peratures力0与初应力0进行计算(图5b)。晶间稳定系数S0随着温度升高而降低，说明松弛稳定性随着温度下降。实际上，对比松弛试验前后的微观组织(图6)可以发现，松弛试验前后的GH4738合金的γ′强化相形貌没有发生明显变化。并且不同温度的松弛试验对γ′强化相形貌也无明显影响。因为应力松弛和蠕变紧密联系，应力松弛的机理往往也采用蠕变理论进行解释。一般认为，松弛的第1阶段和第2阶段分别对应过渡蠕变和稳态蠕变[5]。蠕变速率与应力、温度的关系满足蠕变的本构方程。即式(6)：dexp()dnQAtRT（6）式中，n为蠕变速率的应力指数，Q为形变激活能；R为气体常数；T为绝对温度。在松弛试验中，因为槛应力0的存在，将曲线分为应变速率下降慢的大应力区和应变速率下降快的小应力区，方程修正为式(7)：0d()exp()dnQAtRT（7）高温下的应力松弛往往是原子扩散和位错攀移、滑移，晶界和相界运动的复合机制的共同作用的结果。应力图6不同状态松弛前后的显微组织Fig.6SEMimagesofalloyGH4738beforeandafterstressrelaxation:(a)beforerelaxationtest;andrelaxationtestsunder:(b)600℃/510MPa;(c)700℃/510MPa;(d)800℃/510MPa指数n可以为确定应力松弛机理供参考。n=1~2时是以扩散蠕变为主导的松弛过程[6,7]，而n=3~9时以位错蠕变，即位错滑移以及攀移主要控制的松弛过程[8,9]。ln(dεp/dt)-lnσ曲线的斜率即对应于n值[10]?
【作者单位】：北京科技大学;
【基金】：国家自然科学基金(51371023)
【分类号】：TG132.3

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