固溶处理对GH864合金裂纹扩展速率的影响

GH864合金是γ'相沉淀硬化型镍基高温合金，该合金在760℃以下具有高的拉伸和持久强度，在870℃以下具有良好的抗氧化性能，广泛应用于航空航天、石油化工领域设备的各种热端部件和发动机部件等。裂纹扩展速率不仅是GH864合金重要使用性能，也是涡轮盘损伤容量设计和寿命预测的重要指标之一。国内外学者从不同角度对GH864合金的裂纹扩展速率进行研究，并得出一些有益的结果，但对GH864合金固溶处理后裂纹扩展速率的影响规律研究不多。因此，研究人员从应用角度研究不同固溶处理后GH864合金650℃裂纹扩展速率的变化规律，为实际生产和合金损伤容限设计提供综合性指导思路。

　　GH864合金采用熔炼（VIM）+真空自耗重熔（VAR）的双联工艺冶炼。钢锭开坯后模锻成盘材，经标准固溶处理和时效热处理。根据文献可知，γ'相和MC碳化物的回溶温度分别为1034和1140℃，调整固溶温度使γ'相和MC碳化物回溶，得到不同晶粒尺寸，研究不同固溶处理后GH864合金裂纹扩展速率的变化规律。不同固溶热处理制度为：（1020、1040、1060、1080、1150℃），4hAC+845℃，4hAC+760℃，16hAC。

　　裂纹扩展速率试验在高温裂纹扩展试验机上进行，试样按JB/T8189-1999并参照ASTM标准E647-81制成标准紧凑拉伸试样（CT）（25mm×25mm×10mm）。试验前，用钼丝切割出缺口。

　　为接近烟汽轮机涡轮盘的实际工作条件，试验温度定为650℃，加载方式为梯形波（15s-90s-15s），最大载荷为565kN，载荷比为0。采用直流电位（DC）法测量裂纹长度。合金CT试样的电位变化与裂纹长度变化之间的关系，在试验温度下用单试样多点法进行标定。用光学显微镜观察晶粒尺寸，用场发射电子显微镜（FESEM）观察晶界碳化物和γ'相形貌。试验结果如下：

　　（1）建立GH864合金裂纹扩展速率与晶粒尺寸的关联性，得到随晶粒尺寸增加裂纹扩展速率呈先降低后增加的规律，晶粒尺寸过大降低合金的抗裂纹扩展能力。根据多组试验数据拟合得到GH864合金晶粒尺寸与裂纹扩展速率的关系式。结合试验数据分析，预测GH864合金晶粒尺寸在100μm左右，抗裂纹扩展能力可能存在最佳值。

　　（2）建立GH864合金裂纹扩展速率与固溶温度的关联性，得到随固溶温度增加裂纹扩展速率呈先降低后增加的规律。同时得到GH864合金固溶温度与裂纹扩展速率的关系式。用不同固溶温度将裂纹扩展速率变化规律划分为5个区域。低于固溶温度1080℃裂纹扩展速率随固溶温度增加而降低，1080℃固溶处理后合金的裂纹扩展速率最低，高于固溶温度1080℃裂纹扩展速率随固溶温度增加而增加。精准控制固溶温度可得到合适的晶粒尺寸和较好抗裂纹扩展能力。