GH4698鎳基變形高溫合金GH4698成分性能介紹

GH4698合金是一種鎳基變形高溫合金,最初由前蘇聯研制，牌號為3H698。3H698合金是在SH437合金基礎上加入Mo和Nb元素并且提高Al和T含量而獲得的一種壬基合金，曾在前蘇聯用作制造殲擊機渦輪發動機的渦輪盤材料。我國的 GH4698合金是在S1698合金基礎上補充合金化及添加微量合金元素Mg和Zr等改型而成的。此合金在550~800℃范圍內具有高的持久強度和良好的綜合性能，被用作工作溫度達650~750℃的燃氣渦輪盤、承力環等部件的材料，現已用于制作艦用燃氣輪機大尺寸渦輪盤。

實驗所用的GH4698合金由北京鋼鐵研究總院提供,采用真空感應加真空自耗熔煉雙聯工藝煉制，熱處理制度為(1100 ℃、 8 h、AC)H(1000 ℃、4 h、AC)+775 ℃、16h、AC)H(700℃、16h、AC)。合金成分如表1所列，組織形貌如圖1所示。

熱處理態合金晶粒呈等軸狀(見圖1(a)),晶粒尺寸較均勻。晶粒內部有很多變形孿晶存在。主要強化相y相呈兩種尺寸的球形均勻分布，大顆粒﹖相直徑為200~-300 nm,小顆粒y相直徑為30~50 nm(見圖1(b)),總量約占合金的21%(質量分數)。MC碳化物沿晶界和晶內呈塊狀或長條狀分布，MaC。碳化物主要呈小顆粒狀分布于晶界(見圖1(c))。

實驗采用標準 GB/T6398—2000 緊湊拉伸C(T)試樣，寬度W-40 mm，厚度B-10 mm，實驗前，先在試樣一端預制約l mm長的裂紋。裂紋擴展實驗在MTS810試驗機上及實驗室靜態空氣介質環境中進行，實驗波形為正弦波，各溫度下的實驗參數見表2。

為保證數據的可靠性，每個溫度下測試3個樣品。控制方法為采用恒力幅測定材料大于1×10mm/cycle的疲勞裂紋擴展速率da/dN。使用Nava Nano掃描電鏡觀察斷口形貌。

為了探討該合金裂紋擴展過程中的形變顯微組織,選擇在650℃進行了第四個試樣的裂紋擴展實驗，裂紋擴展一段距離后卸載，使用電子背散射衍射(EBSD)技術研究合金疲勞裂紋擴展過程的晶體學機制。

對GH4698合金疲勞裂紋擴展的實驗數據進行線性回歸分析，得到參數C和m,從而得到每一溫度下該合金疲勞裂紋擴展速率的具體表達式,不同溫度下Paris 公式的參數見表3。可見參數C和m值隨溫度升高變化方向相反，溫度升高，C值增加，m值減小。這樣，在 da/dN和AK的雙對數坐標上，裂紋擴展速率曲線表現為斜率為m的直線。

1)得到了室溫、650及750℃下合金的裂紋穩態擴展速率表達式。隨溫度升高，GH4698合金的裂紋擴展壽命降低，而裂紋擴展速率增加。

2)溫度升高,晶界成為薄弱環節且沿晶氧化作用加劇，使GH4698合金的裂紋擴展模式發生改變，由室溫下的穿晶斷裂為主轉變為高溫下的沿晶斷裂為主。

3)裂紋擴展路徑宏觀上基本與加載軸方向垂直，微觀上表現為曲折擴展，在某些位置發生偏轉。分析得知合金中晶界以大角度晶界為主，只存在極少部分小角度晶界，裂紋附近晶粒變形程度較大，小角度晶界密度高。