GH4169合金应力松弛行为及有限元模拟研究

发布时间：2021-10-20 12:43

　　GH4169合金是一种沉淀硬化型镍基高温合金,由于其在高温下具有高的屈服强度、良好的抗氧化、抗辐射、抗疲劳和耐腐蚀等性能,所以GH4169合金被广泛应用在航天器上,如涡轮盘、叶片、机匣、紧固件等。金属的应力松弛现象常见于高温结构部件之中。应力松弛现象的发生会导致部件内部的预紧力随着时间而产生延迟,继而会造成密封泄露或松脱事故的产生。在空间环境条件下,发动机中各种紧固件都处于高的载荷、温度条件下,因而材料会产生松弛失效。然而,综合国内外研究,对于GH4169合金应力松弛行为的研究少之又少,此外,缺乏对材料的抗松弛性能与温度和初始应力之间的关系。本文通过对GH4169合金进行不同温度（600℃、650℃、680℃）和初始应力下（580MPa、680MPa、780MPa）的应力松弛试验,研究了温度和初始应力对其应力松弛行为的影响。试验结果表明GH4169合金的应力松弛曲线呈现典型的阶段性应力松弛的特点,且温度对应力松弛的影响较大。此外,分别采用一次、二次、三次延迟函数对GH4169合金的应力松弛过程进行数学表征,结果表明二次和三次延迟函数拟合效果较好,且三次延迟函数的拟合程度更高。基于应力松... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

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典型拉伸应力应变曲线

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-1.3.2金属蠕变理论金属材料在长时间的恒温、恒应力（即使应力小于该温度下的屈服强度）作用下缓慢产生塑性变形的现象，故蠕变现象的产生是温度、时间和应力共同作用的结果。金属材料在高温和恒定载荷的作用下，强度会降低，变形抗力会减少，所以通常我们所说的蠕变就是指高温下的塑性变形[12]。不同金属材料产生蠕变现象的温度区间不一样，一般只会在0.3Tm以上才会出现明显的蠕变现象。试样在施加恒定载荷的时候，会产生瞬时应变，包括弹性应变和塑性应变，然后发生与时间相关的蠕变变形，通常我们以蠕变曲线来描述应力、时间、温度和蠕变变形量之间的关系，典型的蠕变曲线如图1-2所示，可以分为三个阶段。图1-2金属材料蠕变曲线示意图[5]蠕变第一阶段：如图1-2曲线上的ab段所示，称为过渡蠕变阶段，这一阶段是由外载荷引起的塑性变形导致的，随着加载时间的延长，该阶段的蠕变速率逐渐减小，直至b点到达蠕变速率最低点，一般情况下，该阶段产生变形所需时间段，有时几分钟可以完成，也成为减速蠕变阶段。蠕变第二阶段：如图1-2曲线上的bc段所示，称为稳态蠕变阶段，这一阶段，蠕变速率最小，且此阶段蠕变速率随着时间的延长基本保持不变，因此也称为恒定蠕变阶段。一般金属材料的稳态蠕变速率指的就是该阶段的蠕变速率。在高温下应用的零件，一般在此阶段工作，因为在这个阶段内材料的回复和应变硬化过程相平衡。蠕变第三阶段：如图1-2曲线上的cd段所示，这一阶段内蠕变速率随着时间的延长而急剧上升，故这一阶段成为加速蠕变阶段。在这一阶段内，随着时间的

?鹗舨牧辖?懈呶氯浔涫保?Ы绱Φ娜毕萁隙啵?所以在晶界处能量较高，所以蠕变断裂常发生在晶界处[13]。1.3.3金属应力松弛理论蠕变现象是材料在一定温度和恒定载荷（或者恒定应力）的条件下产生的缓慢变形。反过来，如果给定一个恒定的应变，得到的材料内部应力随着时间变化的曲线即为应力松弛曲线[14]。应力松弛试验方法分为拉伸应力松弛和弯曲应力松弛，其中拉伸应力松弛需要在带温度控制、载荷控制和应变控制的试验机上进行，对设备要求较高，而弯曲应力松弛的设备要求较为简单，但二者得到的应力松弛曲线图是相似的。图1-3为典型的应力松弛曲线图。图1-3典型应力松弛曲线从图中可以看出，典型的应力松弛曲线图可以明显的图分为两个阶段：在第一阶段内，初始应力降低速度较快，应力下降量较大，整个过程中应力速率逐渐减小且下降幅度很大，整个过程时间较短。在第二阶段内，应力下降的趋势明显减慢，下降幅度也大幅减小，在该阶段内，应力松弛曲线速率下降缓慢且逐渐趋向于恒定值，该恒定值即为松弛极限[15]。应力松弛现象常见于高温结构部件之中。例如燃气轻机、蒸汽轻机组合转子或法兰紧固螺栓的紧固力，热压部件的紧固压力和高温下使用的弹簧弹力等。应力松弛现象的发生会导致部件内部的预紧力随着时间而产生延迟，继而会造成密封泄露或松脱事故的产生[16]。除此之外，在金属材料热成型的过程中，由于产生了应力松弛现象使得内部应力得到松弛，继而减小了成形件的回弹现象，保证了


本文编号：3446926