高温合金疲劳..docx

第一章 绪论
选题目的及意义
焊接结构广泛地应用在船舶、 压力容器、 车辆、桥梁、海洋工程、 工程机械、 航空航天、电力、冶金等重要领域。目前在工程生产上，焊接是最主要的连接方 法，焊接结构的重量已占钢铁总产量的 45%以上 [1-2]，工业发达国家的这一比例 已经接近 70%。疲劳断裂是金属焊接结构典型的断裂形式之一。大量事实表明 [3-8]：疲劳是焊接结构最主要破坏形式，由于疲劳裂纹引起的结构失效断裂事故 占总断裂事故的70%^80%而在航天发动机多种构件，如燃烧室的火箭筒，机 匣、支板、尾喷气口调节片均是通过焊接结构。且航空发动机中焊接构件，特别 是转动件， 如涡轮叶片和涡轮盘等， 常常要承受类似离心应力、 振动应力等周期 载荷作用， 当这种载荷较大时， 往往会造成疲劳断裂， 给航空发动机和燃气轮机 带来严重破坏， 造成重大经济损失。 因此，开展高温合金焊接结构的疲劳寿命分 析和评估， 对于正确合理的进行焊接结构设计， 提高航空发动机正常稳定工作及 安全，具有至关重要的意义。
高温合金简介
耐热合金又称高温合金，是指在600C〜1200C高温下能承受一定应力并具 有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。 高温、较大应力、 表面稳定和高温合金化铁基或 镍基、钴基奥氏体是不可缺一的四大要素。一般来说，金属材料的熔点越高，其 可使用的温度极值越高。随着环境温度的升高，金属材料的机械性能显著下降， 氯化腐蚀的趋势相应增大。因此，普通的金属材料长期工作的温度范围约为 500C〜600 r，能在700 r以上高温工作的金属统称为高温合金。“耐热”是指 其具有较好的高温性能， 良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、 抗疲劳性能、 以及断裂 韧性等综合性能 [1]。高温合金以其良好的高温强度和抗氧化腐蚀性能、优异的抗 疲劳和抗蠕变性能、 断裂性能和组织稳定性， 成为现代国防建设和国民经济发展 不可替代的关键材料。
按照不同的标准可以将高温合金分为以下几类 [2]：
（1） 按基体不同可分：铁基、镍基、钼基、铌基和钨基等，它们在高温下 都具有良好的机械性能和化学稳定性。其中镍基合会是最优的超耐热金属材料， 经处理后，其使用温度可达 1000〜 1100r。
（2） 按强化方式分：固溶强化、第二相强化和晶界强化高温合金。
（3） 按生产工艺可分为：变形、铸造、粉末冶金和机械合金化高温合金。
高温合金的发展及应用
高温合金的发展离不开航空发动机的发展， 而航空发动机的发展与各种军用 飞机的发展密切相关。
英国是世界上最早研究和开发高温合金的国家。 1939年英国继德国 Heinkel
主要应用于飞机
涡轮发动机问世之后，独立研制成 Whittle 发动机。为满足这种发动机热端部件 的要求，英国国际镍公司于该年成功研制成 Nimo nic75合金［3］。美国高温合金的 发展晚于英国。 高温合金在美国的发展起始于上世纪三十年代， 发动机的涡轮增压器。 1942年美国钴业公司发展了 Hastelloy B 变形镍基合金， 用于通用电器公司研制的 Bellp —59喷气发动机。 1943年在通用电器公司的 J—33 发动机使用了钻基合金 HS-21制作涡轮工作叶片，代替原来选用的变形合金 Hastelloy B ，开创了使用铸造高温合金制作涡轮叶片的历史 ［4］。由于吸收了英 国高温合金发展的宝贵经验， 很快发展了 40多种高温合金。 1944年美国西屋公司 的Yan Kee 19A发动机采用了钻基合金HS-23精密铸造叶片［5］。 1950年由于钻资源 短缺，镍基高温合金迅速发展，广泛用作涡轮叶片。这一时期，美国普惠公司、 通用电器公司和特殊金属公司分别研制成功 Wasp alloy、M-252和Udimet 500等合 金，并在这些合金的基础上，采用了类似于 Nimo nic合金的不断强化的方法，发 展形成了 Inconel、Mar-M和Udimet等牌号系统⑹。直到现在，镍基合金用量愈来 愈大，用途愈来愈多。 50年代，由于真空熔炼技术的出现，广泛发展了镍基铸造 合金IN-100、Rene 100和B 1900⑺。60年代和70年代，高温合金在美国的新工艺 蓬勃发展， 工艺技术的发展超过了合金成分的研制， 成为高温合金向前发展的主 要推动力，发展了许多性能更优越的高温合金，如定向凝固（DS合金，单晶（SC 合金和DS共晶合金。单晶合金的使用温度达到了合金熔点的 90%又如粉末合金 和弥散强化高温合金， 利用高温合金粉末制备高强度涡轮轮盘， 利用弥散强化合 金制备火箭筒、导向叶片和涡轮叶片。在高温合金的研究、生产和应用方面，美 国在全世界处于领先地位。
中国航空工业自 1951年4月开始建立，经历了从维修、仿制、改进、改型到 自主研发的