GH230合金是以W、Mo为主要强化元素的新型固溶强化型高温合金,合金性能接近国外的Haynes230合金。该合金拟用于航空发动机和工业燃气轮机的燃烧室、过渡导管等热端零部件。由于燃烧室等部件的服役特点是承受的温度高,热应力大而机械应力小,所以对其制备合金的热疲劳性能有很高的要求。为了更好地推广应用GH230合金,有必要了解其在热疲劳应力作用下的断裂失效过程。
试验合金制备工艺:首先采用真空感应炉熔炼母合金,将得到的母合金采用电渣冶炼工艺进行二次熔炼制备GH230合金钢锭。随后将该钢锭锻造成截面为方形的坯料,然后再经热轧、冷轧工艺制备厚度约1.5mm的冷轧板。将冷轧板材进行固溶热处理,要求在固溶热处理完毕的冷轧板上切割热疲劳试样和取高温拉伸试样。固溶热处理制度为:1230℃×10min,空冷。
关于热疲劳试验方法目前在国际上尚没有统一的标准,但主要的热疲劳试验方法大致可以分为两类:定性比较法和定量测定法。中国高温合金热疲劳试验通常采用定性比较法,所以试验按照HB6660-1992标准对合金平板试样进行V形缺口热疲劳试验。试验研究了GH230合金在20至700、800、900和1000℃冷热循环下的热疲劳行为。利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对试验前后的试样组织、裂纹和断口形貌进行观察,探讨GH230合金的热疲劳失效机制。所有金相试样采用盐酸+酒精溶液进行化学腐蚀,侵蚀时间为4h。结果如下:
(1)当GH230合金热疲劳试验上限温度在700~1000℃之间和下限温度为20℃时,合金裂纹长度与循环周次基本满足线性关系,即随着冷热循环周次的增加合金裂纹长度逐渐线性增加;而且随着冷热循环上限温度的增加,裂纹扩展速率也逐渐增加。
(2)当GH230合金热疲劳试验上限温度在700~1000℃之间和下限温度为20℃时,合金热疲劳主裂纹和二次裂纹扩展方式大多为穿晶断裂。
(3)GH230合金在试验上限温度为700和800℃时分别循环500和350周次后,主裂纹尖端附近组织形成大量的滑移带,这有利于主裂纹尖端应力集中的减小,同时在该试验条件下合金断口没有发生很明显的氧化现象;而合金在试验上限温度为900和1000℃时分别循环400和200周次后,合金主裂纹尖端附近组织萌生大量的二次裂纹和试样断口发生严重的氧化现象。