直接時效對GH4169合金應(yīng)力集中敏感性的影響

GH4169合金是一種以體心四方的γ″和γ′相沉淀強(qiáng)化的Ni-Fe-Cr基變形高溫合金，在-253～650℃的使用溫度范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。該合金具有強(qiáng)度高、抗氧化、抗輻照、熱加工性能和焊接性能好的特點，成為航空航天及核能、石油等領(lǐng)域大量應(yīng)用的關(guān)鍵材料。GH4169合金分為普通GH4169合金和優(yōu)質(zhì)GH4169合金，優(yōu)質(zhì)GH4169合金主要用于生產(chǎn)制造航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動部件。GH4169合金生產(chǎn)的鍛件從工藝上可分為三類：標(biāo)準(zhǔn)工藝、高強(qiáng)工藝和直接時效工藝。其相應(yīng)的鍛件稱之為標(biāo)準(zhǔn)GH4169鍛件、高強(qiáng)GH4169鍛件和直接時效（DA）GH4169鍛件。直接時效GH4169鍛件是目前國內(nèi)生產(chǎn)的強(qiáng)度最高的變形高溫合金。

優(yōu)質(zhì)GH4169合金生產(chǎn)的這些轉(zhuǎn)動部件往往工作在高溫環(huán)境下，在這種服役條件和環(huán)境下，GH4169合金部件承受著很大的疲勞載荷，材料的疲勞性能往往是直接影響其使用壽命的重要因素。對于高強(qiáng)度合金，其突出弱點是疲勞強(qiáng)度對應(yīng)力集中敏感，疲勞是一種表面敏感特性，疲勞對構(gòu)件表面狀態(tài)十分敏感。

據(jù)統(tǒng)計，機(jī)械構(gòu)件失效中疲勞失效占50～90%，其中航空構(gòu)件占80%以上。疲勞失效中，80%以上的裂紋起始于諸如加工刀痕、劃傷、組織損傷及其他表面缺陷造成的應(yīng)力集中處。由此可見，表面應(yīng)力集中對構(gòu)件疲勞性能及服役壽命的影響。

目前國內(nèi)外學(xué)者針對鎳基高溫合金尤其是GH4169合金開展了大量的高低周疲勞性能、裂紋擴(kuò)展、斷口形貌等方面的研究，但對GH4169合金的應(yīng)力集中敏感特性方面研究較少。研究人員針對高強(qiáng)度直接時效（DA）GH4169合金，采用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實驗方法，研究其在室溫和650℃大氣條件下不同應(yīng)力集中系數(shù)（Kt=1，Kt=3，Kt=4）對疲勞性能的影響。

試驗結(jié)果表明：

（1）直接時效GH4169合金具有很強(qiáng)的應(yīng)力集中敏感性。室溫大氣條件下，光滑試樣Kt=1的疲勞極限為498MPa，缺口試樣Kt=3的疲勞極限為209MPa，缺口試樣Kt=4的疲勞極限為169MPa。Kt=3的疲勞極限較Kt=1時損失了58%，Kt=4的疲勞極限較Kt=1損失了66%。650℃時，光滑試樣Kt=1的疲勞極限為731MPa，缺口試樣Kt=3的疲勞極限為297MPa，缺口試樣Kt=4的疲勞極限為234MPa。Kt=3的疲勞極限較Kt=1時損失了59%，Kt=4的疲勞極限較Kt=1損失了68%。

（2）室溫條件下直接時效GH4169合金的疲勞極限較高溫650℃時有顯著降低，Kt=1時，室溫疲勞極限較650℃下降了32%，Kt=3時下降了30%，Kt=4時下降了28%。