采用 光 滑缺 口 組合試樣 , 進行 高溫持久 強 度試驗 , 考核持久 強 度和缺 口 敏感性 兩個指 標 , 并采用 了變載 的方 法 , 既 節(jié)約 了 能源 , 又 縮短 了試 驗周 期 。 對二 百 多根試 樣 的 持 久壽命做 了統(tǒng)計 分析 , 論證 了 它們 的 對數(shù)服從正 態(tài)分布 。

GH4145/SQ合金大量用于制造引進型 汽輪機的高溫螺栓、密封環(huán)、汽封彈簧片等零 件。STC于1983年11月向上鋼五廠提出共 同研制引進30萬千瓦汽輪機螺栓鋼 GH4145,并于1984年9月正式投入了棒材 的試制工作，經(jīng)過3年的努力，取代了 R26 合金螺栓材料。按GH4145訂貨技術規(guī)范， 要求每爐材料都要進行短時持久強度試驗。 如果按正常的試驗方法，每根試樣一般需要 1000-10000小時，現(xiàn)在采用光滑一缺口組 合試樣，并改變了以往常規(guī)持久試驗強度預 測概念，采用570C溫度、604MPa應力條件， 壽命大于108小時后，每隔12小時增加應力 34.3MPa,第七次加荷至試驗機的最大承受 力29400N,直至試樣斷裂。迄今為止，我們 已做了三百多根試樣的快速持久試驗，并對 其中任取的二百多根試樣的壽命的分布規(guī)律 進行統(tǒng)計分析。繪圖后，發(fā)現(xiàn)它們的斷裂時 表 間一般是有差別的，但這種離散具有一定規(guī) 律性,并服從對數(shù)正態(tài)分布，本文就上述工作 進行分析研究與探討。

2材料概況

GH4145合金是以鋁鈦鴕強化的棵基合 金，在INCNELX-750基礎上進行改進，添 加了微量元素而研制成的。該合金提高了持 久塑性，降低了缺口敏感性，具有較高的高溫 性能、高抗應力松弛性、抗應力腐蝕性、低熱 膨脹系數(shù)等優(yōu)點，從而取代了引進的大型火 電機組中作為螺栓材料使用的R26合金，用 于300MW汽輪機高溫緊固件;而且,在提高 汽輪機高溫緊固件工作可靠性、節(jié)省戰(zhàn)略資 源鉆、節(jié)約外匯以及降低生產(chǎn)成本方面都比 R26合金略勝。

GH4145簡介：

GH4145合金主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相進行時效強化的鎳基高溫合金，在980℃以下具有良好的耐腐蝕和耐氧化性能，800℃以下具有高的強度，540℃以下具有好的耐松弛性能，同時還具有良好的成形性能和焊接性能。該合金主要用于制造發(fā)動機在800℃以下工作并要求強度高的耐松弛的平面彈簧和螺旋彈簧。還可用于制造氣輪機渦輪葉片等零件。

材料牌號

GH4145（GH145）

相近牌號

Inconel X-750(美國）,NiCr15Fe7TiAl(德國),NC15FeTNbA(法國),NCF750（日本）

GH4145化學成分：

金相組織結構:

合金標準熱處理狀態(tài)的組織由γ基體、Ti(C、N)、Nb(C、N)、M23C6碳化物和γ'[Ni3(Al、Ti、Nb)]相組成，γ'含量大約為14.5%，是合金的主要強化相。

工藝性能與要求

1.合金的鍛造溫度在1220～950℃之間均易成形。該合金在劇烈成形工序后就進行固溶處理。

2.該合金的晶粒度平均尺寸與鍛件的變形程度、終鍛溫度密切相關。

3.合金具有好的焊接性能，可進行各種焊接。焊接后進行時效處理可獲得近似熱處理狀態(tài)的強度。

4.零件熱處理就在無硫的中性或還原性氣氛中進行，以免發(fā)生硫化。

熱處理制度

板、帶、管材供應狀態(tài)的固溶熱處理制度980℃±15℃，空冷。材料及零件的中間熱處理制度，可分別選擇下列工藝進行熱處理。

退火：955～1010℃，水冷。

焊接件焊接前退火：980℃，1h。

焊接件消除應力退火：900℃,保濕2h。

消除應力退火：885℃±15℃，24h,空冷。

合金采用電弧爐加真空自耗重熔、真空感應加電渣、電渣加真空自耗重熔或真空感應加真空自耗重熔。

應用概況與特殊要求

該合金主要用于制造發(fā)動機工作溫度在540℃以下的耐腐蝕的平面波形彈簧、周向螺旋彈簧、螺旋壓簧、彈簧卡圈和密封圈等零件。

2. 技術條件

(1) 化學成份(表1)

（2） 冶煉方法:真空感應+電渣

（3） 熱處理規(guī)范：11001140C

10C2A 空冷 + 845 ± 10C24/1 詩 705 10C20A空冷

⑷金相組織：奧氏體基體"相（Ni3Al 和Ni3Ti）以及MC和M23G型碳化物。

（5）持久強度（表2）

3試驗條件的確定

1.試驗機:RL - 3/4型持久試驗機或 RD2-3型蠕變持久試驗機。

2.試樣：采用光滑缺口組合試樣，考核 其缺口敏感性和持久性能，并且節(jié)約試材。

試驗方法：試驗在規(guī)定應力604MPa 和規(guī)定溫度570X：下持續(xù)108小時后，每隔 12小時增加應力34.3MPa,采用直徑為 6.45mm的3.試樣時，

△P =NS = 34.3 7t/4 （6.45）2 ell21N

考慮試驗機最大載荷為29400N,故第七 次加荷至29400N直到試樣斷裂。

試驗周期：108小時（4.5天）+變載 加荷（4天）=8.5天可做完一根試樣。

4持久強度參考值

5等溫變載下持久強度斷裂時 間的分布規(guī)律

GH4145合金持久試驗的原材料，采用 相同的熱處理規(guī)范,試樣尺寸相同，均采用光 滑-缺口持久試樣，溫度控制：波動W±3C, 梯度＜3X2,負荷精度＜ 1%，在570C、 604MPa試驗條件下，任取205個變載持久 壽命（以下簡稱持久壽命）數(shù)據(jù)。

趣茹自又哄態(tài)母體, 験 判假醐可靠度。

1.正態(tài)概率紙檢驗

對205個持久壽命數(shù)據(jù)減去180小時 （因每根試樣壽命均大于180小時）后逐一取 對數(shù)，并按數(shù)值大小適當分組。表4中各列 分別是它們的數(shù)組（X）、區(qū)間（T）與落在各區(qū) 間范圍內(nèi)的頻數(shù)（N）、累計頻數(shù)（M）、累計頻 率（P）。圖1為頻數(shù)波形圖。考慮到試驗機 試驗時外界條件的影響和材質(zhì)處理等諸方面 的因素，刪除前面2個數(shù)組的數(shù)據(jù)，得到表5 和圖2;并以表5數(shù)據(jù)中區(qū)間（T1）的下限值 為橫座標，以累計頻率（P1）為縱座標，在正 態(tài)概率紙上描點,得到圖3。用概率紙檢驗, 如果呈直線則不拒絕原假設，由圖3可見，不 能否定對數(shù)母體的正態(tài)性假設。

2.X2-檢驗

如果假設H。：持久壽命的對數(shù)服從正態(tài) 分布。根據(jù)皮爾遜定理：當子樣數(shù)足夠大 時，不管母體是什么分布，統(tǒng)計量D = 弋=(N* - nPkY/nPk 一定服從X2(m - 1) 分布(其中"，：子樣分組數(shù)；N*落在第K組 的子樣數(shù);R：子樣落在第K組內(nèi)的概率。K =l,2,3,4,--)o根據(jù)X2分布，在給定顯著 水平a下，有相應的臨界值，而當D < Da 時，假設成立；當Dn>Da時，可以拒絕原 假設H。。經(jīng)計算：D" = 8.1046,取顯著水平 a = 0.1,Db = 10.6o顯然，有 D < Da,因 此，不能拒絕原假設H。。持久壽命的對數(shù)服 從正態(tài)分布。

3.X-檢驗假設H。：持久壽命的對數(shù)服從正態(tài)分 布。根據(jù)柯爾莫哥洛夫定理：當子樣數(shù)n足夠 大時，統(tǒng)計量

An = ~J~n Dn

=~J~n , Sup I F(z) - Sn(j：) I

-00 < x < 00

服從人-分布。 其中 n——子樣數(shù)

F(J7) 假設分布

S“(x)——經(jīng)驗分布可取為 k/n(k：按子樣數(shù)值大 小排列的次第數(shù)，可取

l,2,3,4---n)

Dn = Sup I F(x) - Sn(x) I

在工的所有取值范圍內(nèi)假設分布與經(jīng)驗分布 之差的上界

根據(jù)人-分布，在給定顯著水平a下,有 相應的臨界值"，當從< Ao時無理由拒絕 H。，當島2從時可以拒絕原假設H。。經(jīng)計算 An = 1.0929,在顯著水平a = 0.1下相應的 臨界值為Ao = 1.2240顯然An <如，所以沒 有理由拒絕原假設H。。持久壽命的對數(shù)服從 正態(tài)分布。

以上三種檢驗方法均得出持久壽命的對. 數(shù)服從正態(tài)分布。

4結論

1.該高溫合金材料經(jīng)過一定時間的恒 溫、恒應力的持久強度試驗后，可采用變載的 方法來考核持久強度試驗的塑性指標，這樣 既可以縮短試驗周期，又可節(jié)能。

2.對缺口比較敏感的材料，可用缺口- 光滑持久組合試樣，考核缺口敏感性和持久 性能。

通過對GH4145合金試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng) 計分析，認為其高溫變載持久壽命服從對數(shù) 正態(tài)分布。