Inconel-718高溫合金疲憊功能的影響實驗

Inconel718高溫合金疲憊功能的影響實驗Inconel718合金(簡稱In718合金)是具有高強度、高開裂韌性和優(yōu)異高溫歸納力學(xué)功能的鐐基高溫合金，被廣泛應(yīng)用于制作高壓壓氣機盤、渦輪盤等航空發(fā)動機要害構(gòu)件?？墒牵驗檫@些盤件一般釆用高強度螺栓銜接固定，盤件結(jié)構(gòu)中存在許多對稱散布的銜接孔，在高溫文高循環(huán)應(yīng)力載荷雙重作用下，孔邊存在顯著的應(yīng)力會集，往往產(chǎn)生疲憊破壞?？兹嗄髲娀寄苁沁M步銜接孔疲憊抗力的重

要途徑之一*句。它是利用必定過盈量的芯棒揉捏孔壁結(jié)構(gòu)，經(jīng)過孔周邊安排的彈塑性變形，在孔壁外表引入剩余壓應(yīng)力層和安排強化層的外表冷變形工藝。現(xiàn)在，國內(nèi)外針對高強度鋼、鋁合金等資料開展了一系列孔揉捏強化工藝研討。高玉魁⑺發(fā)現(xiàn)孔揉捏的強化作用比噴丸的強化作用更優(yōu)，原因在于孔揉捏強化不只能夠得到更深的殘余應(yīng)力場，還能夠改進孔壁的粗糙度。張坤等人囲研討發(fā)現(xiàn)經(jīng)孔揉捏后鋁合金孔試樣的疲憊壽數(shù)顯著進步，剖析標(biāo)明，孔壁強化層構(gòu)成了很多的位錯胞狀結(jié)構(gòu)和高幅的剩余壓應(yīng)力，強化層深度達到了7mmoYuan等人團研討發(fā)現(xiàn)比較于原始的

TC4鈦合金孔試樣，孔揉捏強化試樣的疲憊壽數(shù)能夠進步1.7-2.2倍?？墒轻槍n718合金的孔揉捏強化工藝及其對高溫疲憊功能的影響方面，國內(nèi)外尚缺少體系的研討啊，別的，在孔揉捏對In718

合金外表完好性的影響方面也缺少深化的了解。一、實驗資料實驗所用原資料為鑄造的In718合金盤坯，鍛件規(guī)范符合Q/ACAEJM7001,熱處理狀況為固溶時效，其力學(xué)功能。試樣釆用中心帶孔的疲憊試樣，沿盤坯的徑

向切取，其形狀與尺度，初孔尺度010.5mm,初孔公役為0~0.03mm,該試樣尺度與螺栓銜接孔結(jié)構(gòu)近似。Temperature/

°C

q/MPa

2/MPa

甲20

1345-1430

1140-1200

12-22

20-37650

1100-1165

930-995

12-30

25-3827Twosides

Twosides

27Twosidesill

inTwosides

1\,Ao

"es\2><0.8x45°140Twosides

.實驗選用芯棒直接冷揉捏的辦法對中心孔試

樣進行強化處理。所用試樣總共分為3組，第一組是原始未揉捏試樣(編號：K-l、K-2、K-3、K-4和

K-5);第二組是小過盈量(1.90%)的孔揉捏試樣(編號：J-l、J-2、J-3、J-4和J-5)；第三組是大過盈量

(2.85%)的孔揉捏試樣(編號：H-l、H-2、H-3和H-4)揉捏次數(shù)均為單次,過盈量經(jīng)過公式(1)核算:過盈量=(時nW100%

(1)其間，％為揉捏棒作業(yè)直徑，mm；

￡>n為初孔孔徑，mm。揉捏前，選用酒精和超聲波輔佐清洗中心孔

及專用芯棒，再選用M0S2干膜潤滑劑涂覆孔壁，枯燥1h后方進行孔揉捏。選用FT-200型孔揉捏試驗機進行孔揉捏，實驗進程中保證揉捏芯棒與試樣中心孔軸線平行，芯棒快速、均勻地經(jīng)過試樣中心孔，穿過速度由設(shè)備控制，約為5X103m/s0軸向加載疲憊實驗在MTS810疲憊實驗機進步行，實驗參數(shù)如下：溫度以/600Y,應(yīng)力比為0.1,

載荷頻率/為4Hz,外加最大載荷?max為663MPao選用APPLLO300型掃描電鏡(SEM)調(diào)查疲憊試樣斷口描摹，剖析揉捏對孔結(jié)構(gòu)疲憊功能的影響。選用電火花切開辦法將中心孔試樣沿孔徑向切開成兩部分，選用3D金相顯微鏡調(diào)查孔邊截面微觀安排描摹。選用TR200型觸針式粗糙度儀丈量孔壁的粗糙度巨細，每種試樣丈量8個數(shù)據(jù)點后取均勻值。選用StressTechX3000型X射線衍射儀依照GB7704-2008-(X射線應(yīng)力測定辦法》測定孔揉捏強化后孔邊剩余應(yīng)力場散布狀況，測驗條件為CrKa靶，定峰辦法為交相關(guān)法，測驗成果中“+”值代表拉應(yīng)力，值代表壓應(yīng)力。二、實驗成果1.疲憊功能原始未揉捏試樣和兩種孔揉捏試樣

的疲憊功能參數(shù)。由表可知，小過盈量(1.90%)

孔揉捏試樣的最小疲憊壽數(shù)(60316周次)是原始試樣的最小疲憊壽數(shù)(26802周次)的2.25倍。根據(jù)航空工業(yè)規(guī)范一資料疲憊實驗核算剖析辦法

(HB/Z112-1986)對中值疲憊壽數(shù)估量量剖析M,

原始狀況的中值疲憊壽數(shù)為40411周次，而小過盈量孔揉捏試樣的中值疲憊壽數(shù)可達95324周次。依據(jù)成組比照實驗的F查驗法凹，選取置信度

y=90%和顯著度a=5%,核算和查表得到尸=1.35<

兀=9.60,能夠以為兩組試樣規(guī)范差相同，滿意成組比照實驗的七查驗條件。經(jīng)過七查驗法核算計算可知，小過盈量孔揉捏試樣的中值疲憊壽數(shù)是未揉捏試樣中值疲憊壽數(shù)的1.16-4.79倍。別的，大過盈量(2.85%)揉捏試樣的疲憊壽數(shù)規(guī)范差

(=0.6984)遠大于小過盈量揉捏試樣的疲憊壽數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差(=0.2254),依據(jù)中值疲憊壽數(shù)估量量剖析，理論上中值疲憊壽數(shù)估量所需的試樣應(yīng)大于

17根，因此，大過盈量揉捏試樣的中值疲憊壽數(shù)暫無法估量，還需進一步的研討?？墒牵纱顺晒芍?，大過盈量揉捏試樣的疲憊壽數(shù)分散性較大，闡明選用該種工藝的可靠性較差。Holeexpansionratio

No.

Load,

“max/MPa

Temperature/

°C

Fatiguelife,?//cycle

Meanvalueof1故

StandardMiminumnumber

Predictedmedianvalueoffatiguelife/cycle

Locationoffatiguesource'deviation

ofspecimensrequiredK-l

663

600

62029K-2

663

600

695510%

K-3

663

600

31633

4.607

0.195

4

40411

HolewallK-4

663

600

29454K-5

663

600

26802J-l

663

600

164101J-2

663

600

1737031.90%

J-3

663

600

61276

4.979

0.225

4

95324

ChamferoftheholeJ-4

663

600

60316J-5

663

600

82647H-l

663

600

106338H-2

663

600

5590192.85%

H-3

663

600

79489

4.930

0.698

M15

ChamferoftheholeH-4

663

600

11070以上剖析標(biāo)明，過盈量為1.90%的孔揉捏工藝不只能夠顯著進步In718合金中心孔試樣的疲憊壽命，而且可靠性較高。2.疲憊斷口原始試樣和孔揉捏試樣均開裂于中心孔，裂

紋開裂方向與主應(yīng)力方向根本筆直。為原始試

樣和小過盈量孔揉捏試樣的疲憊斷口

SEM描摹。如圖2所示，經(jīng)過比照原始試樣和孔揉捏試樣的斷口，能夠發(fā)現(xiàn)兩者均為典型的疲憊斷口，均出現(xiàn)疲憊源區(qū)、裂紋擴展區(qū)和瞬斷區(qū)3個特征區(qū)域，但是兩者的特征區(qū)域存在許多不同點：①雖然疲憊源區(qū)均坐落試樣中心孔，可是原始試樣的源區(qū)多數(shù)坐落孔壁外表(圖2(a)中圓圈)，出現(xiàn)多源特征，而孔揉捏試樣的源區(qū)坐落孔邊倒角處(圖2(d)(e)

中圓圈)，出現(xiàn)單源特征別的能夠調(diào)查到在孔邊倒角與孔壁的交界處，表層金屬安排產(chǎn)生顯著塑性變形，金屬在交界處堆積構(gòu)成尖利的凸起(圖2(e)

中圓圏)，而且凸起程度隨著過盈量的增大而增加②雖然均存在顯著的裂紋擴展1乂域，可是兩者的區(qū)域面積巨細和擴展中期的疲憊條帶寬度不同，原始試樣的裂紋擴展區(qū)沿受載方向的長度約為4.2mm,疲憊條帶寬度約為0.6

距源區(qū)約2.5mm),而孔揉捏試樣的裂紋擴展區(qū)長度達5.5mm,疲憊條帶寬度約為0.3卩m(距源區(qū)約

2.5mm)以上成果標(biāo)明：相關(guān)于原始試樣，孔揉捏試

樣的疲憊源由孔壁轉(zhuǎn)移到了孔邊倒角處，闡明孔

壁得到了強化，減小了孔壁外表裂紋萌生幾率，

提髙「孔壁外表的疲憊抗力。別的，孔揉捏后，

裂紋擴展區(qū)面積顯著增大，這闡明疲憊擴展壽數(shù)

顯著添加仕有文獻回標(biāo)明，疲憊條帶間隔能夠

近似反映疲憊裂紋擴展速率，因此能夠揣度，疲

勞條帶寬度減小，這闡明裂紋頂級擴展阻力增

大.裂紋擴展速率顯著下降2.3外表粗糙度外表粗糙度測驗成果如表3所示，Ra為概括算術(shù)均勻偏星，是能夠最完好和全面地表征零件表面概括特征的參數(shù)時.因此采JHRa作為評價外表粗糙度的依據(jù)、原始試樣的中心孔釆用皎削加工，校削后的孔內(nèi)壁外表粗糙度Ra為0.855gm

而經(jīng)過小過盈量孔揉捏后，試樣孔內(nèi)壁外表粗糙度RaF降到0.306(im,下降T64.2%；大過盈量試樣的粗糙度原下降到0.296pm,下降了65.4%這表明，孑L揉捏進程能夠顯著下降孔壁的外表粗糙度三、原始及孔揉捏試樣的孔內(nèi)壁外表粗糙度Table3SurfaceroughnessoftheholewallofuntreatedandholecoldexpansionspecimensStatus

Surfaceroughnessofholewall,Ra/pmUntreated

0.8551.90%

0.3062.85%

0.2961.孔邊剩余應(yīng)力場孔揉捏試樣的孔邊剩余應(yīng)力丈量成果如圖3

所示實驗中所用X射線光斑為勿3mm的圓斑,

因此，所測剩余應(yīng)力值是該光斑內(nèi)資料的微觀殘余應(yīng)力值。圖3中孔邊間隔(橫軸方向)為X射線光斑圓心到孔邊的最小徑向間隔。從圖中能夠看出：受揉捏中心孔出、入口平面的孔邊剩余壓應(yīng)力場散布(沿切線方向)存在差異，出口處的剩余壓應(yīng)力水平要稍高于人口處的剩余壓應(yīng)力水平關(guān)于小過盈量試樣，入口處剩余應(yīng)力在距孔邊3.3mm

時仍堅持負值，闡明剩余壓應(yīng)力層深度到達了

3.3mm,最大剩余壓應(yīng)力在間隔孔邊1.9mm左右處，剩余壓應(yīng)力達-533MPa;而出口處剩余應(yīng)力層深度也約為3.3mm,最大剩余壓應(yīng)力在間隔孔邊1.9mm處，該處剩余壓應(yīng)力值達-684MPa對于大過盈量試樣，出入口處剩余應(yīng)力層深度可達

3.5mm。以上成果標(biāo)明：經(jīng)孔揉捏強化后，

ln718合金試樣中心孔邊構(gòu)成了深度超過3mm的殘余壓應(yīng)力層。2孔壁微觀安排圖4(a)(b)分別為未揉捏原始試樣和小過盈量孔揉捏試樣的孔內(nèi)壁橫截面金相安排片。比照未揉捏的原始試樣金相安排能夠發(fā)現(xiàn)：經(jīng)孔揉捏后，在孔內(nèi)壁表層以下160pm深度范圍內(nèi)，晶粒產(chǎn)生了顯著的歪曲變形，越接近孔邊，歪曲變形越兇猛，這標(biāo)明孔壁金屬產(chǎn)生了劇烈的塑性變形，變形程度呈梯度改變。四、結(jié)果

（1）

孔揉捏強化能夠大幅進步ln718高溫合金鍛件的疲憊壽數(shù)，當(dāng)揉捏過盈量為1.90%時，疲憊強化作用最好，其間值疲憊壽