晶粒尺寸对GH4169高温合金高温低周疲劳性能的影响

摘要

针对GH4169高温合金热加工温度窗口较窄，在制备大规格锻造棒材时极易导致不同部位晶粒尺寸级别差异过大和出现混晶现象，进而威胁其力学性能和服役寿命等问题，以直径为260 mm的大规格GH4169高温合金棒材为研究对象，利用INSTRON疲劳试验机对心部、1/2半径和边缘处的试样在650℃下进行低周疲劳测试，结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等组织表征手段，研究了GH4169高温合金在高温低周疲劳下的晶粒尺寸效应及其损伤机制。结果表明：随着取样位置从心部至边缘变化，晶粒尺寸逐渐降低；1/2半径处的组织存在混晶，心部和边缘的晶粒级别相差为4.5;在总应变幅控制下，1/2半径处试样的疲劳寿命最低，而具有细晶均匀分布组织特征的边缘试样的疲劳寿命最高；当总应变幅小于0.6%时，合金表现为循环稳定，当总应变幅大于等于0.6%时，循环软化阶段占据主导地位；随晶粒尺寸增加，循环强度系数和循环塑性系数先降低再增加，而循环强度指数和塑性指数则随之相反；合金的塑性应变幅与疲劳寿命之间的Coffin-Manson关系呈单调线性；合金的疲劳裂纹源均位于表面，裂纹扩展区存在大量二次裂纹，疲劳变形模式为形变孪晶。研究结果揭示了晶粒尺寸与疲劳寿命之间的相关性，为高温合金的微观结构优化和疲劳寿命预测提供了理论参考。

关键词

有色金属及其合金 / GH4169高温合金 / 晶粒尺寸 / 低周疲劳 / 循环软化