不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究
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收稿日期:2004201212;修订日期:2004205206基金项目:国家自然科学基金(50171003);航空科学基金(03H51025)资助项目文章编号:100026893(2005)0120121204在高温蠕变环境中的热障涂层失效行为高永栓,陈立强,宫声凯,徐惠彬(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京 100083)F ailure B ehavior of Thermal B arrier Coatings in Creep E nvironmentG AO Y ong 2shuan ,CHEN Li 2qiang ,G ON G Sheng 2kai ,XU Hui 2bin(Department of Material Science and Engineering ,Beijing University ofAeronautics and Astronautics ,Beijing 100083,China )摘 要:对电子束物理气相沉积(EB 2PVD )制备的由NiCoCrAl Y 粘结层和YSZ (Yttria Stabilized Z irconia )陶瓷层组成的双层结构热障涂层,采用标准高温蠕变试验方法,研究了在高温、恒定外载荷作用下热障涂层中各层的形貌变化及裂纹的萌生、扩展,并探讨了涂层的失效过程和机理。
垂直于试样轴向的断面观察表明,涂层在外力作用下氧化200h 后层间裂纹非常明显,但几乎不发生在热氧化层(TG O )内,而是发生在陶瓷层与TG O 层、TG O 与粘结层之间,尤其发生在TG O 与陶瓷柱状晶之间的等轴晶处。
这种层间裂纹是在拉伸应力作用下,合金基体和粘结层发生径向收缩,而陶瓷层和TG O 层的应变容限无法满足径向收缩而产生的。
关键词:热障涂层;电子束物理气相沉积;高温蠕变;失效机制中图分类号:V261.93+3;TG 174 文献标识码:AAbstract :High temperature creep testing is carried out to investigate the high temperature fatigue behavior of ce 2ramic thermal barrier coatings (TBCs )prepared by electron beam 2physical vapor deposition (EB 2PVD ).It has been observed that the cracks are mainly formed in the interface between TG O (Thermally Grown Oxidation )layer and the ceramic top coating ,instead of in the TG O layer just often observed during thermal cyclic testing without load 2ing.Such cracks can be considered to be caused by the creep of metallic substrate along loading direction and the shrink in diameter of sample.K ey w ords :TBCs ;EB 2PVD ;TG O ;creep ;failure mechanism 热障涂层技术应用于发动机热端部件上,可以提高涡轮发动机的进口温度TIT (Turbine Inlet Temperature ),延长热端部件的使用寿命。
收稿日期:2003-04-17;修订日期:2003-07-08基金项目:“九五”航空发动机结构强度国防预研项目(28.4)作者简介:张国栋(1977-),男,陕西富平人,北京航空材料研究院助理工程师,硕士,主要从事高温疲劳与断裂研究.第19卷 第1期2004年2月航空动力学报Journal of Aerospace PowerVol.19No.1Feb. 2004文章编号:1000-8055(2004)01-0017-06定向合金DZ 125热/机械疲劳寿命预测模型评估张国栋1,刘绍伦1,何玉怀1,周柏卓2(1.北京航空材料研究院,北京100095;2.沈阳航空发动机设计研究所,辽宁沈阳110015)摘要:分别用微裂纹扩展模型、M anso n-Co ffin 方程和拉伸迟滞能模型对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金的热/机械疲劳寿命进行预测。
预测结果发现:三种模型都能较好对D Z125合金的热/机械疲劳寿命进行预测(分散带为2倍左右)。
通过分散带和标准差的定量比较发现:对于同相位、-135°相位和同相位带保持时间的热/机械疲劳,拉伸迟滞能寿命预测模型的预测结果比微裂纹扩展模型和M anson-Coffin 方程的预测结果好;而对于反相位热/机械疲劳,微裂纹扩展模型的预测结果比拉伸迟滞能寿命预测模型和M anso n-Coffin 方程的预测结果好。
关 键 词:航空、航天推进系统;热/机械;疲劳;寿命预测;同相位;反相位中图分类号:O346.2;V 231.95 文献标识码:ALife Predication of Thermomechanical Fatiguein DS S uperalloy DZ 125ZHANG Guo -dong 1,LIU Shao -lun 1,HE Yu -huai 1,ZHOU Bo -zhuo2(1.Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095,China;2.Shenyang Aeroeng ine Research Institute,Shenyang 110015,China)Abstract :Manson -Coffin equation ,Ostergren m ethod and microcrack propag ation model w ere chosen to predict TMF life in DS Superalloy DZ 125.T he results of T MF life prediction show ed that all of methods chosen were able to g ive a reasonable life prediction result for DS su-peralloy DZ125.For in-phase TM F,in-phase w ith hold tim e TM F and -135°phase ang le TMF,Ostergren model gav e a better life prediction result than Manson -Coffin equation and microcrackpropagation m odel did.But for out-of-phase T MF,microcrack propag ation model gave better re-sults than Ostergren m odel and M anson-Coffin equation did.Key words :aerospace propulsion system ;thermomechanical;fatig ue;life prediction;in -phase ;out -of -phase 航空、动力和冶金等工业中的许多工程零部件,在其服役期间由于环境温度的不断变化,导致这些零件不仅承受着循环载荷所产生的机械应力,而且还承受着由于温度变化或温度梯度而引起的热循环应力。
2009年8月第4卷 第3期失效分析与预防A ugust ,2009V o.l 4,N o .3[收稿日期]2009年2月20日[修订日期]2009年6月3日[作者简介]刘昌奎(1976年-),男,博士研究生,工程师,主要从事材料与结构的损伤、失效分析等方面的研究。
DZ125定向凝固合金的再结晶行为研究刘昌奎,张 兵,陶春虎,胡春燕(北京航空材料研究院,中国航空工业集团公司失效分析中心,北京100095)[摘 要]研究了DZ125定向凝固合金发生再结晶的温度条件以及吹砂条件对其再结晶行为的影响。
结果表明:铸态和热处理态DZ125定向凝固合金开始发生再结晶的温度基本相同,均在1000~1050e 范围内;该合金的再结晶深度随热处理温度的升高而增大,当热处理温度低于1150e 时,增大的幅度较小,当温度超过1150e 后,再结晶深度迅速增大,C c 相的溶解是DZ125合金再结晶的控制因素;随着吹砂压力或吹砂时间的增加,DZ125合金表面变形量增大,再结晶深度也随之增大。
[关键词]定向凝固;DZ125合金;再结晶;热处理;吹砂[中图分类号]O783 [文献标志码]A [文章编号]1673-6214(2009)03-0129-04R ecrystallizati on Behavior of D irecti onall y Soli d ified DZ125Superall oyL I U Chang -ku,i Z HANG B ing ,TAO Chun -hu ,HU Chun -yan(B eij i ng Institute of A eronau ticalM ater i als ,AV IC Fail ure A nal y sis Cen ter,B eijing 100095,Chi na)Abstrac t :The recry sta llizati on temperature o f directi onall y so lified D Z125superall oy w as i nvesti ga ted ,and t he e ffects o f sand -b l asti ng para m e ters on the recrysta llizati on behav i o r o fD Z125superall oy we re a l so stud i ed .The results show t hat the critical te m-perature for recrysta lli zati on of DZ125supe ra lloy is be t w een 1000eand 1050e .It is a l so f ound t hat the recrystalliza ti on depthincreases w ith the rise o f the hea t treat m ent te m pe ra t ure .Be l ow 1150e ,t he recrysta lli zati on depth increases slow ly w it h thete m pera t ure r i s i ng ,wh ile above 1150e ,the recrystalliza ti on dep t h i ncreases qu ick l y w ith the te mperature cli m b i ng .The so l u -ti on of C c prec i p itates i s the cr iti ca l factor of t he recrysta llizati on behav i o r o f DZ125supera lloy .W ith t he i ncrease o f the deforma -ti on degree caused by i ncreasi ng sandb lasti ng pressure o r sandb l asti ng ti m e ,the recrystalliza tion depth i ncreases .K ey word s :d i recti ona ll y so lidifi ed ;D Z125supera lloy ;recrystalliza tion ;heat treat m ent ;sandblasti ng0 引言定向凝固合金具有很多优点,如在受力方向消除了与应力轴垂直的晶界,具有很高的热疲劳强度、持久蠕变强度、塑性以及良好的振动阻尼效果,是航空发动机涡轮叶片的主要用材[1]。
试样尺寸对定向合金DZ125热机械疲劳寿命的影响Effects of Specimen Dimension on T hermomechanicalFatigue Life in DS Superalloy DZ125张国栋,于慧臣,何玉怀,苏彬(北京航空材料研究院,北京100095)ZH ANG Guo-dong,YU H u-i chen,H E Yu-huai,SU Bin(Beijing Institute of Aeronautical M ater ials,Beijing100095,China)摘要:对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金进行了三种相位和两种试样尺寸的热机械疲劳实验研究。
实验结果表明:在热机械载荷下,试样表面和内部温度梯度以及蠕变和氧化损伤的存在,导致试样工作段直径影响热机械疲劳寿命。
当应变水平较高(疲劳寿命较短)时工作段直径为<8mm试样的疲劳寿命和工作段直径为<6mm试样的疲劳寿命无明显差别。
当应变水平较低(疲劳寿命较长)时工作段直径为<8mm试样的疲劳寿命比工作段直径为<6mm试样的疲劳寿命长。
关键词:热机械疲劳;尺寸;蠕变;氧化;损伤;寿命中图分类号:3G14611+5文献标识码:A文章编号:1001-4381(2007)05-0028-03Abstract:T herm omechanical fatigue(T MF)life of thr ee temperature-strain phase angles and tw o specimen dimensions w as studied in directional solidificatio n(DS)superalloy DZ125.T he r esults show ed that fatigue,creep and ox idation damag e alw ays developed dur ing TM F,temperature g radient occur red o n surface and inside o f specim en.Specimen dimension affected TM F life in DS superalloy DZ125.At high strain levels w ith shorter fatigue life,there w ere no evidence difference betw een T MF life o f8mm diameter specim en and fatigue life of6m m diam eter specimen.At low str ain levels w ith longer fatigue life,T MF life of8m m diameter specim en is lo ng er than that of6mm diam eter specimen. Key words:thermo mechanical fatigue;dim ensio n;creep;ox idation;damage;life航空发动机以及燃气轮机的涡轮盘和涡轮叶片,在其服役期间由于环境温度的不断变化,导致这些零件不仅承受着循环载荷所产生的机械应力,而且还承受着由于温度变化或温度梯度而引起的热循环应力。
DZ125定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究*顾玉丽,陶春虎,佘 力,何玉怀,曲士昱(中航工业北京航空材料研究院航空材料检测与评价北京市重点实验室,北京100095)摘要 研究了常规热处理和长期时效状态的DZ125定向凝固高温合金在室温和700℃下的超高周疲劳特征及其差异。
利用超声疲劳试验机测试了合金的超高周疲劳性能,采用扫描电镜研究了合金的疲劳断口特征,借助电子探针和纳米压痕测量仪分别测试了合金枝晶间和枝晶干的成分和弹性模量。
结果表明:两种热处理制度下DZ125合金的枝晶间和枝晶干的弹性模量以及合金元素分配和偏析比差异不大;DZ125合金在700℃下的超高周疲劳性能低于室温,合金在室温下存在明显的频率效应,但在700℃下不存在频率效应;室温和700℃下,合金经过长期时效后的疲劳性能均有所降低,特别在700℃下合金性能降低得更多。
室温下,DZ125合金的两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的表面;700℃下,两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的亚表面。
关键词 定向凝固高温合金 超高周疲劳 疲劳特征 元素分布 弹性模量中图分类号:V250.3 文献标识码:A DOI:10.11896/j.issn.1005-023X.2015.10.026Ultra-high Cycle Fatigue Behaviors of Directionally Solidified Superalloy DZ125Under Different ConditionsGU Yuli,TAO Chunhu,SHE Li,HE Yuhuai,QU Shiyu(Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluation,AVIC Beijing Institute ofAeronautical Materials,Beijing 100095)Abstract The ultra-high cycle fatigue characteristics at room temperature and 700℃,respectively,of the di-rectionally solidified superalloy DZ125with conventional and long-term aging heat treatment were studied.The ultra-high cycle fatigue properties of the DZ125superalloy were measured using ultrasonic fatigue test machine,and the fa-tigue fracture characteristics were investigated using scan electron microscopy(SEM).The elements distribution andelastic modulus in the dendritic arm and interdendritic region were tested respectively using electron probe micro-analy-sis(EPMA)and nano-indentation tester.The results showed that the differences of the element distribution and elas-tic modulus of conventional treated and long-term aged DZ125superalloys in the dendritic arm and interdendritic regionwere slight.The ultra-high cycle fatigue properties of the alloys were lower at 700℃than those at room temperature.The frequency effect is more obvious at room temperature than that at 700℃.The ultra-high cycle fatigue property ofDZ125superalloy decreased after long-term aging at room temperature ever more at 700℃.The fatigue cracks of thealloys with two heat treatments both originated from the surfaces of the specimens at room temperature,while fromthe subsurfaces of the specimens at 700℃.Key words directionally solidified superalloy,ultra-high cycle fatigue,fatigue characteristic,elements distri-bution,elastic modulus *国家自然科学基金(11302212) 顾玉丽:女,1979年生,高级工程师,博士,主要从事材料的结构损伤分析研究 Tel:010-62496667 E-mail:bluebee4646@163.com0 引言以前,研究人员主要针对DZ125合金开展了室温下的超高周疲劳行为研究,研究了不同热处理制度对其室温性能的影响,以及将合金的超高周疲劳性能与常规高周疲劳性能相比得到了频率效应[1-3]。
文章编号:1007-967X(2021)03-45-03DZ125L合金返回料性能研究刘恩泽1 ,刘晓飞2,郭金花3,沈 卓4,宁礼奎2,佟 健2,谭 政2,李海英2,郑 志2[1.中国科学院金属研究所,辽宁沈阳110016;2.中国航发动力股份有限公司设计所,陕西西安710021;3.航天科工防御技术研究试验中心,北京100000;4.利勃海尔机械(大连)有限公司,辽宁大连116000]摘 要:通过采用超纯化冶炼技术处理了DZ125L合金返回料,并与全新料DZ125L合金的力学性能进行比较。
研究发现返回料的力学性能水平与新料相当,铸造叶片成品率也与新料相当,返回料的再次利用大幅度降低了材料损耗率,提高了原材料利用成本。
关键词:高温合金;涡轮叶片;返回料;力学性能;铸造工艺中图分类号:TG13 文献标识码:A1 前 言高温合金可用于制备航空发动机涡轮叶片、舰船发动机涡轮叶片、汽车发动涡轮叶片,其属于国家战略资源,制备涡轮叶片通常采用精密熔模铸造的方式,叶片再铸造过程中材料的利用率较低[1~6]。
为了进一步提高材料的利用率,对于高温合金的返回料的在利用研究近年来成为行业内的热点之一,众多学者开展了DZ125、K414、DZ4、K4002、K4169等合金的返回料研究工作[7~14]。
DZ125L合金作为具有自主知识产权的第一代定向凝固高温合金,其具有良好力学性能、物理性能和铸造工艺性能,该合金被用于生产航空发动机涡轮空心叶片[15~19]。
叶片的整体原材料利用约为10%,其余90%材料均被当作返回料处理,大大浪费了资源。
目前为止对于DZ125L返回料的研究工作未见报道,本文将对DZ125L合金返回料开展相应研究工作。
2 试验材料和方法试验采用真空感应熔炼制备DZ125L全新料合金锭,采用超纯冶炼技术制备DZ125L返回料合金锭,合金锭直径80mm,长度700mm。
利用化学分析合金锭成份,利用光学显微镜和扫描电子显微镜研究微观组织,利用定向凝固设备制备定向凝固试棒,按照国标测定定向凝固试棒的力学性能。
DZ125合金钎焊工艺验证作者:杨烁杜静汪欢来源:《中国新技术新产品》2014年第24期摘要:试验选择新材料DZ125合金采用Co45NiCrWB钎料进行钎焊的工艺验证。
通过对新材料DZ125合金钎焊工艺的研究,掌握了DZ125合金钎焊工艺特点,并对钎焊焊缝成形进行了深入研究,确定了最佳的钎焊工艺参数。
同时,获取DZ125合金钎焊接头的组织结构和力学性能数据。
为今后开展航空发动机新材料DZ125合金钎焊工艺提供了理论试验基础和性能数据支持。
关键词:DZ125合金;Co45NiCrWB钎料;真空钎焊中图分类号:TG4 文献标识码:ADZ125合金是我国目前性能水平最高的定向凝固镍基铸造高温合金之一,具有良好的中、高温综合性能及优异的热疲劳性能。
合金中Ti的含量较低,含有1.5%铪,使合金具有良好的铸造性能,可铸成薄厚小至0.6mm的带有复杂内腔的无余量定向凝固叶片。
由于合金中含有铪、钽等贵重元素,致使合金成本较高。
适合于制作在1000℃以下工作的燃气轮机转子叶片和1050℃以下的工作的导向叶片以及其他高温零件。
目前,国内尚未开展该类材料钎焊工艺研究,给实际钎焊带来很大的困难,为此,本文采用钎焊焊接DZ125合金,目的是为今后DZ125合金提供可行性钎焊焊接的依据,为航空发动机新材料铸造高温镍基合金DZ125钎焊焊接中的应用提供一定的试验指导和基础数据积累。
1试验1.1 材料。
试验所用试样材料为DZ125合金,试验所用钎料为Co45NiCrWB,为粉末状钎焊料,粒度为-200目。
1.2 设备。
钎焊试验是在真空钎焊炉中进行的,设备的最高工作温度为1250℃,热态真空压力低于3×10-4乇,漏气率≤2.0Pa/h。
1.3 工艺1.3.1 工艺性能试验。
采用Co45NiCrWB钎料对DZ125合金进行钎焊润湿试验和填充间隙能力试验。
试验规范:开始升温前,将炉子抽真空,真空压力应低于1×10-2 Pa;以(5~15)℃/min 的升温速率升至(450±10)℃,保温(30~40)min,待真空度高于1×10-2Pa后方可继续升温;再以(10~15)℃/min的升温速率升至(1200±10)℃保温(20~30)min;随炉冷却(1180±10)℃保温2h;再以(10~15)℃/min的升温速率升温至(1220±10)℃保温(60~70)min;随炉冷却至(1200±10)℃保温(60~70)min;零件钎焊保温完毕后,随炉冷却冷至500℃以下允许气淬快冷。
第30卷 第5期2010年10月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 130,N o 15 O ctobe r 2010不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究刘金龙, 杨晓光, 石多奇, 王井科(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191)摘要:研究了定向凝固合金D Z125850e 时不同保载时间作用下的低循环疲劳行为。
进行了拉伸保载时间分别为1s ,60s ,120s 和240s 的试验,并进行了循环应力-应变分析、应变响应分析、疲劳寿命分析以及微观断口分析,结果表明,保载时间对低循环疲劳力学行为有明显影响,随着保载时间的增加疲劳寿命逐渐减小,但保载时间超过一定范围之后疲劳寿命趋于稳定,而且随保载时间的增加蠕变损伤逐渐起主导作用。
关键词:DZ125;保载时间;疲劳;蠕变DO I :1013969/j 1i ssn 11005-505312010151018中图分类号:TG132.3 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2010)05-0088-05收稿日期:2010-03-01;修订日期:2010-04-27作者简介:刘金龙(1982)),男,博士研究生,从事航空发动机热端部件材料强度研究,(E -ma il )lj@l sjp .buaa .edu .cn 。
DZ125合金是我国目前性能水平最高的定向凝固镍基高温合金之一[1],具有良好的高温综合性能及优异的热疲劳性能,是目前制造先进航空发动机涡轮叶片的关键材料。
从已有的文献来看[1~4],目前对定向凝固镍基高温合金的力学行为,如单向拉压疲劳和蠕变等[5~8],进行了一些研究,但对于航空发动机涡轮叶片,疲劳-蠕变的交互作用更能揭示涡轮叶片的破坏机理[9,10],因而研究合金在疲劳-蠕变载荷交互作用下的力学行为与微观破坏机理显得十分必要。
本工作研究了定向凝固镍基高温合金DZ125在850e 时应力控制下不同保载时间作用下的疲劳-蠕变交互行为,对其循环应力-应变响应、循环应变、疲劳寿命进行了理论分析,并结合断口和表面的扫描电镜(SE M )观察,从微观角度揭示破坏机理。
1 试验材料及方法1.1材料和试样制备该定向凝固镍基高温合金的主要化学成分(质量分数/%)为:C 0.07~0.12,C r 8.4~9.4,Co 9.5~10.5,W 6.5~7.5,M o 1.5~2.5,A l 4.8~5.4,T i0.7~1.2,Ta 3.5~4.1,B 0.01~0.02,H f 1.2~118,N i 余量。
实验母合金采用真空感应炉熔炼,浇铸成直径为20mm 的圆形试棒,再经机械加工成实验用试样,试样的工作截面直径为10mm ,标距长度为25mm ,并且要求晶粒的生长方向为试样的轴向。
试验前沿试样的轴向方向用粒度为1200的S i C 砂纸细磨,以排除试样表面加工缺陷的干扰。
1.2 高温低循环疲劳-蠕变交互试验方法全部的高温低循环疲劳-蠕变交互试验均在一台计算机控制的100kN 的万能试验机(型号E H F -E M 100K2)上进行,加热方式采用三段式电热丝加热炉进行加热,试验温度为850e ,试验环境为实验室静态空气介质,采用轴向应力控制的拉伸-卸载方式,选择名义应力范围在0~560MPa 范围内,试验波形为梯形波,应力比R =0,加载速率560M Pa /s ,试验波形如图1所示,共4组试验,拉伸保载时间$t 分别为1s ,60s ,120s ,240s ,用来对比不同保载时间对合金高温低循环疲劳行为的影响。
各个试验均进行到试样断裂为止。
因为进行的是应力控制的试验,同时又要精确测量应变,因此选用大量程的高温引伸计E plon3448,测量应变范围可达?50%。
1.3 微观观察用装有能谱分析系统的扫描电子显微镜FE I QUANTA400对试样断口以及表面进行观察与分析,以确定裂纹的萌生和扩展模式,从微观角度分析疲劳和蠕变交互作用的机制。
第5期不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究图1 试验载荷波形F i g .1 T he load w ave o f exper i m ent2 试验结果与分析2.1 保载时间对循环应力-应变的影响材料的循环应力-应变性能是低周疲劳研究的一个重要方面,它反应了材料在低周疲劳条件下的应力-应变特性。
图2为DZ125合金在850e 温度条件下,保载时间$t 分别为1s ,60s ,120s ,240s 的循环应力-应变关系曲线,取每个试验的第2个循环作为稳定循环进行对比分析。
发现保载1s 的和其余3个的曲线有明显区别,保载1s 的循环应力-应变曲线在保载时应变几乎没有变化,曲线类似于没有保载的疲劳循环应力-应变曲线;保载60s 、120s 和240s 的曲线在保载时应变有明显增大,而且3根曲线形状和位置几乎重合,说明在保载时应变的变化量接近,说明保载60s ,120s 和240s 对循环应力-应变曲线影响作用不大。
图2 不同保载时间的应力-应变曲线F ig .2 The stress -stra i n curves of d ifferent ho l d i ng ti m e再以保载240s 的试验进行单独分析,取开始的第2个循环,半寿命的第240个循环,接近全寿命的第460个循环。
图3表示了第2个、第240个和第460个循环的应力-应变曲线。
由于应力保载的作用,应变不断增大,使得循环应力-应变曲线不断向右偏移,而且发现循环应力-应变曲线偏移的越来越快,说明应变的累积不是线性的,而是越来越快的,最后直到断裂。
其他保载时间的试验也有类似现象。
图3 保载240s 的应力-应变曲线变化F i g.3 T he stress -stra i n curves o f ho ldi ng ti m e 240s2.2 保载时间对循环应变的影响为分析每个循环应变的变化,根据文献[11]在分析中引入包络应变(envelope strain)的概念,包络应变定义为在每个循环应力幅值下最大应变的测量值,包络应变率定义为包络应变的变化速率。
图4为包络应变和循环数的关系,图5为不同保载时间的试验包络应变率和保载时间的关系。
由图4可以看出,在保载1s 时包络应变几乎保持不变,保载60s ,120s ,240s 的包络应变随循环次数增加而增大,而且保载时间越长包络应变率越大,如图5所示。
图4 不同保载时间下包络应变和循环数的关系F i g.4 The re l ationsh i p be t w een enve lope stra i n and cyc licnu mber under different ho l ding ti m e2.3 保载时间对寿命的影响不同保载时间的低循环疲劳试验结果如表1所示,绘制成寿命和保载时间的关系如图6所示。
从图中可以看出,疲劳寿命随保载时间的增加而减少,而且保载时间由1s 增加到60s 寿命减少很明显,但保载时间继续增加寿命减少不太显著,寿命有趋于稳定的趋势。
89航空材料学报第30卷图5包络应变率和保载时间的关系F ig.5The re l a ti onsh i p bet w een envelope stra i nrate and ho l d i ng ti m e表1不同保载时间作用的试验结果T ab l e1The results under different ho l ding ti m eN o.M ax stress/M PaH o l ding ti m e,$t/sL ife/cyc le1560188200 2560601709 3560120622 4560240475图6疲劳寿命和保载时间的关系F i g.6T he relati onship bet w een fa ti guelife and ho l ding ti m e2.4断口特征图7为保载时间分别为1s,60s,120s,240s的断口形貌。
从图7a可以看到,保载1s的断口类似于典型的疲劳断口特征,有疲劳源、疲劳扩展区和瞬断区。
但从图7b,c,d看,保载60s,120s和240s的断口形貌和典型的断口形貌有明显不同,而且在断口上均看到韧窝特征,这是蠕变损伤的表现。
图7不同保载时间的断口形貌F i g.7The frac t og raph of d ifferen t ho l d i ng ti m e(a)ho l d i ng ti m e1s;(b)ho l d i ng ti m e60s;(c)holding ti m e120s;(d)ho l d i ng ti m e240s图8为保载时间分别为1s,60s,120s,240s的断口轮廓特征,图8a保载1s的断口比较平,图8b,c,d保载60s,120s,240s的轮廓呈现为锯齿形,并且表面出现小裂纹,保载时间越长,表面的小裂纹越明显。
90第5期不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究图8 不同保载时间的断口轮廓F i g .8 The fract u re pro file of different ho l ding ti m e(a)holding ti m e 1s ;(b)ho ldi ng ti m e 60s ;(c)ho l d i ng ti m e 120s ;(d)ho ldi ng ti m e 240s3 讨论从以上的结果分析来看,保载1s 的试验结果与保载60s ,120s ,240s 的试验结果无论从宏观力学表象还是从微观机理上看都有明显区别,分析其原因,保载1秒的试验主要是疲劳损伤起主导作用,因此断口近似典型的疲劳断口特征。
保载60s ,120s ,240s 的试验主要是蠕变损伤起主导作用,因此断口上呈现出蠕变韧窝等特征。
所以,对于蠕变损伤为主要因素的试验,可能以总拉伸保持时间(即疲劳寿命乘以保载时间)来衡量更有效,保载60s ,120s ,240s 的试验总拉伸保持时间分别为102540s ,74640s ,114000s 。
还有一种思路是通过保载过程的应变变化量来度量损伤。
从保载1s 的曲线看,保载时应变几乎没有变化,保载60s ,120s ,240s 时应变有明显增大,且应变增大量接近。
这表明保载1秒的试验每个循环损伤很小,因此疲劳寿命很长;保载60s ,120s ,240s 的试验每个循环损伤量比保载1s 的大很多,因此疲劳寿命比保载1s 的小很多,而且损伤增量接近,因此保载60s ,120s ,240s 的试验疲劳寿命相对接近。