Inconel-718高温合金疲惫功能的影响实验

Inconel718高温合金疲惫功能的影响实验Inconel718合金(简称In718合金)是具有高强度、高开裂韧性和优异高温归纳力学功能的镣基高温合金，被广泛应用于制作高压压气机盘、涡轮盘等航空发动机要害构件。可是，因为这些盘件一般釆用高强度螺栓衔接固定，盘件结构中存在许多对称散布的衔接孔，在高温文高循环应力载荷双重作用下，孔边存在显着的应力会集，往往产生疲惫破坏。孔揉捏强化技能是进步衔接孔疲惫抗力的重

要途径之一*句。它是利用必定过盈量的芯棒揉捏孔壁结构，经过孔周边安排的弹塑性变形，在孔壁外表引入剩余压应力层和安排强化层的外表冷变形工艺。现在，国内外针对高强度钢、铝合金等资料开展了一系列孔揉捏强化工艺研讨。高玉魁⑺发现孔揉捏的强化作用比喷丸的强化作用更优，原因在于孔揉捏强化不只能够得到更深的残余应力场，还能够改进孔壁的粗糙度。张坤等人囲研讨发现经孔揉捏后铝合金孔试样的疲惫寿数显著进步，剖析标明，孔壁强化层构成了很多的位错胞状结构和高幅的剩余压应力，强化层深度达到了7mmoYuan等人团研讨发现比较于原始的

TC4钛合金孔试样，孔揉捏强化试样的疲惫寿数能够进步1.7-2.2倍。可是针对In718合金的孔揉捏强化工艺及其对高温疲惫功能的影响方面，国内外尚缺少体系的研讨啊，别的，在孔揉捏对In718

合金外表完好性的影响方面也缺少深化的了解。一、实验资料实验所用原资料为铸造的In718合金盘坯，锻件规范符合Q/ACAEJM7001,热处理状况为固溶时效，其力学功能。试样釆用中心带孔的疲惫试样，沿盘坯的径

向切取，其形状与尺度，初孔尺度010.5mm,初孔公役为0~0.03mm,该试样尺度与螺栓衔接孔结构近似。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

.实验选用芯棒直接冷揉捏的办法对中心孔试

样进行强化处理。所用试样总共分为3组，第一组是原始未揉捏试样(编号：K-l、K-2、K-3、K-4和

K-5);第二组是小过盈量(1.90%)的孔揉捏试样(编号：J-l、J-2、J-3、J-4和J-5)；第三组是大过盈量

(2.85%)的孔揉捏试样(编号：H-l、H-2、H-3和H-4)揉捏次数均为单次,过盈量经过公式(1)核算:过盈量=(时nW100%

(1)其间，％为揉捏棒作业直径，mm；

£>n为初孔孔径，mm。揉捏前，选用酒精和超声波辅佐清洗中心孔

及专用芯棒，再选用M0S2干膜润滑剂涂覆孔壁，枯燥1h后方进行孔揉捏。选用FT-200型孔揉捏试验机进行孔揉捏，实验进程中保证揉捏芯棒与试样中心孔轴线平行，芯棒快速、均匀地经过试样中心孔，穿过速度由设备控制，约为5X103m/s0轴向加载疲惫实验在MTS810疲惫实验机进步行，实验参数如下：温度以/600Y,应力比为0.1,

载荷频率/为4Hz,外加最大载荷©max为663MPao选用APPLLO300型扫描电镜(SEM)调查疲惫试样断口描摹，剖析揉捏对孔结构疲惫功能的影响。选用电火花切开办法将中心孔试样沿孔径向切开成两部分，选用3D金相显微镜调查孔边截面微观安排描摹。选用TR200型触针式粗糙度仪丈量孔壁的粗糙度巨细，每种试样丈量8个数据点后取均匀值。选用StressTechX3000型X射线衍射仪依照GB7704-2008-(X射线应力测定办法》测定孔揉捏强化后孔边剩余应力场散布状况，测验条件为CrKa靶，定峰办法为交相关法，测验成果中“+”值代表拉应力，值代表压应力。二、实验成果1.疲惫功能原始未揉捏试样和两种孔揉捏试样

的疲惫功能参数。由表可知，小过盈量(1.90%)

孔揉捏试样的最小疲惫寿数(60316周次)是原始试样的最小疲惫寿数(26802周次)的2.25倍。根据航空工业规范一资料疲惫实验核算剖析办法

(HB/Z112-1986)对中值疲惫寿数估量量剖析M,

原始状况的中值疲惫寿数为40411周次，而小过盈量孔揉捏试样的中值疲惫寿数可达95324周次。依据成组比照实验的F查验法凹，选取置信度

y=90%和显着度a=5%,核算和查表得到尸=1.35<

兀=9.60,能够以为两组试样规范差相同，满意成组比照实验的七查验条件。经过七查验法核算计算可知，小过盈量孔揉捏试样的中值疲惫寿数是未揉捏试样中值疲惫寿数的1.16-4.79倍。别的，大过盈量(2.85%)揉捏试样的疲惫寿数规范差

(=0.6984)远大于小过盈量揉捏试样的疲惫寿数标准差(=0.2254),依据中值疲惫寿数估量量剖析，理论上中值疲惫寿数估量所需的试样应大于

17根，因此，大过盈量揉捏试样的中值疲惫寿数暂无法估量，还需进一步的研讨。可是，由此成果可知，大过盈量揉捏试样的疲惫寿数分散性较大，阐明选用该种工艺的可靠性较差。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以上剖析标明，过盈量为1.90%的孔揉捏工艺不只能够显着进步In718合金中心孔试样的疲惫寿命，而且可靠性较高。2.疲惫断口原始试样和孔揉捏试样均开裂于中心孔，裂

纹开裂方向与主应力方向根本笔直。为原始试

样和小过盈量孔揉捏试样的疲惫断口

SEM描摹。如图2所示，经过比照原始试样和孔揉捏试样的断口，能够发现两者均为典型的疲惫断口，均出现疲惫源区、裂纹扩展区和瞬断区3个特征区域，但是两者的特征区域存在许多不同点：①虽然疲惫源区均坐落试样中心孔，可是原始试样的源区多数坐落孔壁外表(图2(a)中圆圈)，出现多源特征，而孔揉捏试样的源区坐落孔边倒角处(图2(d)(e)

中圆圈)，出现单源特征别的能够调查到在孔边倒角与孔壁的交界处，表层金属安排产生显着塑性变形，金属在交界处堆积构成尖利的凸起(图2(e)

中圆圏)，而且凸起程度随着过盈量的增大而增加②虽然均存在显着的裂纹扩展1乂域，可是两者的区域面积巨细和扩展中期的疲惫条带宽度不同，原始试样的裂纹扩展区沿受载方向的长度约为4.2mm,疲惫条带宽度约为0.6

距源区约2.5mm),而孔揉捏试样的裂纹扩展区长度达5.5mm,疲惫条带宽度约为0.3卩m(距源区约

2.5mm)以上成果标明：相关于原始试样，孔揉捏试

样的疲惫源由孔壁转移到了孔边倒角处，阐明孔

壁得到了强化，减小了孔壁外表裂纹萌生几率，

提髙「孔壁外表的疲惫抗力。别的，孔揉捏后，

裂纹扩展区面积显着增大，这阐明疲惫扩展寿数

显着添加仕有文献回标明，疲惫条带间隔能够

近似反映疲惫裂纹扩展速率，因此能够揣度，疲

劳条带宽度减小，这阐明裂纹顶级扩展阻力增

大.裂纹扩展速率显着下降2.3外表粗糙度外表粗糙度测验成果如表3所示，Ra为概括算术均匀偏星，是能够最完好和全面地表征零件表面概括特征的参数时.因此采JHRa作为评价外表粗糙度的依据、原始试样的中心孔釆用皎削加工，校削后的孔内壁外表粗糙度Ra为0.855gm

而经过小过盈量孔揉捏后，试样孔内壁外表粗糙度RaF降到0.306(im,下降T64.2%；大过盈量试样的粗糙度原下降到0.296pm,下降了65.4%这表明，孑L揉捏进程能够显着下降孔壁的外表粗糙度三、原始及孔揉捏试样的孔内壁外表粗糙度Table3SurfaceroughnessoftheholewallofuntreatedandholecoldexpansionspecimensStatus

Surfaceroughnessofholewall,Ra/pmUntreated

0.8551.90%

0.3062.85%

0.2961.孔边剩余应力场孔揉捏试样的孔边剩余应力丈量成果如图3

所示实验中所用X射线光斑为勿3mm的圆斑,

因此，所测剩余应力值是该光斑内资料的微观残余应力值。图3中孔边间隔(横轴方向)为X射线光斑圆心到孔边的最小径向间隔。从图中能够看出：受揉捏中心孔出、入口平面的孔边剩余压应力场散布(沿切线方向)存在差异，出口处的剩余压应力水平要稍高于人口处的剩余压应力水平关于小过盈量试样，入口处剩余应力在距孔边3.3mm

时仍坚持负值，阐明剩余压应力层深度到达了

3.3mm,最大剩余压应力在间隔孔边1.9mm左右处，剩余压应力达-533MPa;而出口处剩余应力层深度也约为3.3mm,最大剩余压应力在间隔孔边1.9mm处，该处剩余压应力值达-684MPa对于大过盈量试样，出入口处剩余应力层深度可达

3.5mm。以上成果标明：经孔揉捏强化后，

ln718合金试样中心孔边构成了深度超过3mm的残余压应力层。2孔壁微观安排图4(a)(b)分别为未揉捏原始试样和小过盈量孔揉捏试样的孔内壁横截面金相安排片。比照未揉捏的原始试样金相安排能够发现：经孔揉捏后，在孔内壁表层以下160pm深度范围内，晶粒产生了显着的歪曲变形，越接近孔边，歪曲变形越凶猛，这标明孔壁金属产生了剧烈的塑性变形，变形程度呈梯度改变。四、结果

（1）

孔揉捏强化能够大幅进步ln718高温合金锻件的疲惫寿数，当揉捏过盈量为1.90%时，疲惫强化作用最好，其间值疲惫寿