采用 光 滑缺 口 组合试样 , 进行 高温持久 强 度试验 , 考核持久 强 度和缺 口 敏感性 两个指 标 , 并采用 了变载 的方 法 , 既 节约 了 能源 , 又 缩短 了试 验周 期 。 对二 百 多根试 样 的 持 久寿命做 了统计 分析 , 论证 了 它们 的 对数服从正 态分布 。
GH4145/SQ合金大量用于制造引进型 汽轮机的高温螺栓、密封环、汽封弹簧片等零 件。STC于1983年11月向上钢五厂提出共 同研制引进30万千瓦汽轮机螺栓钢 GH4145,并于1984年9月正式投入了棒材 的试制工作,经过3年的努力,取代了 R26 合金螺栓材料。按GH4145订货技术规范, 要求每炉材料都要进行短时持久强度试验。 如果按正常的试验方法,每根试样一般需要 1000-10000小时,现在采用光滑一缺口组 合试样,并改变了以往常规持久试验强度预 测概念,采用570C温度、604MPa应力条件, 寿命大于108小时后,每隔12小时增加应力 34.3MPa,第七次加荷至试验机的最大承受 力29400N,直至试样断裂。迄今为止,我们 已做了三百多根试样的快速持久试验,并对 其中任取的二百多根试样的寿命的分布规律 进行统计分析。绘图后,发现它们的断裂时 表 间一般是有差别的,但这种离散具有一定规 律性,并服从对数正态分布,本文就上述工作 进行分析研究与探讨。
2材料概况
GH4145合金是以铝钛鸵强化的棵基合 金,在INCNELX-750基础上进行改进,添 加了微量元素而研制成的。该合金提高了持 久塑性,降低了缺口敏感性,具有较高的高温 性能、高抗应力松弛性、抗应力腐蚀性、低热 膨胀系数等优点,从而取代了引进的大型火 电机组中作为螺栓材料使用的R26合金,用 于300MW汽轮机高温紧固件;而且,在提高 汽轮机高温紧固件工作可靠性、节省战略资 源钻、节约外汇以及降低生产成本方面都比 R26合金略胜。
GH4145简介:
GH4145合金主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相进行时效强化的镍基高温合金,在980℃以下具有良好的耐腐蚀和耐氧化性能,800℃以下具有高的强度,540℃以下具有好的耐松弛性能,同时还具有良好的成形性能和焊接性能。该合金主要用于制造发动机在800℃以下工作并要求强度高的耐松弛的平面弹簧和螺旋弹簧。还可用于制造气轮机涡轮叶片等零件。
材料牌号
GH4145(GH145)
相近牌号
Inconel X-750(美国),NiCr15Fe7TiAl(德国),NC15FeTNbA(法国),NCF750(日本)
GH4145化学成分:
金相组织结构:
合金标准热处理状态的组织由γ基体、Ti(C、N)、Nb(C、N)、M23C6碳化物和γ'[Ni3(Al、Ti、Nb)]相组成,γ'含量大约为14.5%,是合金的主要强化相。
工艺性能与要求
1.合金的锻造温度在1220~950℃之间均易成形。该合金在剧烈成形工序后就进行固溶处理。
2.该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。
3.合金具有好的焊接性能,可进行各种焊接。焊接后进行时效处理可获得近似热处理状态的强度。
4.零件热处理就在无硫的中性或还原性气氛中进行,以免发生硫化。
热处理制度
板、带、管材供应状态的固溶热处理制度980℃±15℃,空冷。材料及零件的中间热处理制度,可分别选择下列工艺进行热处理。
退火:955~1010℃,水冷。
焊接件焊接前退火:980℃,1h。
焊接件消除应力退火:900℃,保湿2h。
消除应力退火:885℃±15℃,24h,空冷。
合金采用电弧炉加真空自耗重熔、真空感应加电渣、电渣加真空自耗重熔或真空感应加真空自耗重熔。
应用概况与特殊要求
该合金主要用于制造发动机工作温度在540℃以下的耐腐蚀的平面波形弹簧、周向螺旋弹簧、螺旋压簧、弹簧卡圈和密封圈等零件。
2. 技术条件
(1) 化学成份(表1)
(2) 冶炼方法:真空感应+电渣
(3) 热处理规范:11001140C
10C2A 空冷 + 845 ± 10C24/1 詩 705 10C20A空冷
⑷金相组织:奧氏体基体"相(Ni3Al 和Ni3Ti)以及MC和M23G型碳化物。
(5)持久强度(表2)
3试验条件的确定
1.试验机:RL - 3/4型持久试验机或 RD2-3型蠕变持久试验机。
2.试样:采用光滑缺口组合试样,考核 其缺口敏感性和持久性能,并且节约试材。
试验方法:试验在规定应力604MPa 和规定温度570X:下持续108小时后,每隔 12小时增加应力34.3MPa,采用直径为 6.45mm的3.试样时,
△P =NS = 34.3 7t/4 (6.45)2 ell21N
考虑试验机最大载荷为29400N,故第七 次加荷至29400N直到试样断裂。
试验周期:108小时(4.5天)+变载 加荷(4天)=8.5天可做完一根试样。
4持久强度参考值
5等温变载下持久强度断裂时 间的分布规律
GH4145合金持久试验的原材料,采用 相同的热处理规范,试样尺寸相同,均采用光 滑-缺口持久试样,温度控制:波动W±3C, 梯度<3X2,负荷精度< 1%,在570C、 604MPa试验条件下,任取205个变载持久 寿命(以下简称持久寿命)数据。
趣茹自又哄态母体, 験 判假醐可靠度。
1.正态概率纸检验
对205个持久寿命数据减去180小时 (因每根试样寿命均大于180小时)后逐一取 对数,并按数值大小适当分组。表4中各列 分别是它们的数组(X)、区间(T)与落在各区 间范围内的频数(N)、累计频数(M)、累计频 率(P)。图1为频数波形图。考虑到试验机 试验时外界条件的影响和材质处理等诸方面 的因素,删除前面2个数组的数据,得到表5 和图2;并以表5数据中区间(T1)的下限值 为横座标,以累计频率(P1)为纵座标,在正 态概率纸上描点,得到图3。用概率纸检验, 如果呈直线则不拒绝原假设,由图3可见,不 能否定对数母体的正态性假设。
2.X2-检验
如果假设H。:持久寿命的对数服从正态 分布。根据皮尔逊定理:当子样数足够大 时,不管母体是什么分布,统计量D = 弋=(N* - nPkY/nPk 一定服从X2(m - 1) 分布(其中",:子样分组数;N*落在第K组 的子样数;R:子样落在第K组内的概率。K =l,2,3,4,--)o根据X2分布,在给定显著 水平a下,有相应的临界值,而当D < Da 时,假设成立;当Dn>Da时,可以拒绝原 假设H。。经计算:D" = 8.1046,取显著水平 a = 0.1,Db = 10.6o显然,有 D < Da,因 此,不能拒绝原假设H。。持久寿命的对数服 从正态分布。
3.X-检验假设H。:持久寿命的对数服从正态分 布。根据柯尔莫哥洛夫定理:当子样数n足够 大时,统计量
An = ~J~n Dn
=~J~n , Sup I F(z) - Sn(j:) I
-00 < x < 00
服从人-分布。 其中 n——子样数
F(J7) 假设分布
S“(x)——经验分布可取为 k/n(k:按子样数值大 小排列的次第数,可取
l,2,3,4---n)
Dn = Sup I F(x) - Sn(x) I
在工的所有取值范围内假设分布与经验分布 之差的上界
根据人-分布,在给定显著水平a下,有 相应的临界值",当从< Ao时无理由拒绝 H。,当島2从时可以拒绝原假设H。。经计算 An = 1.0929,在显著水平a = 0.1下相应的 临界值为Ao = 1.2240显然An <如,所以没 有理由拒绝原假设H。。持久寿命的对数服从 正态分布。
以上三种检验方法均得出持久寿命的对. 数服从正态分布。
4结论
1.该高温合金材料经过一定时间的恒 温、恒应力的持久强度试验后,可采用变载的 方法来考核持久强度试验的塑性指标,这样 既可以缩短试验周期,又可节能。
2.对缺口比较敏感的材料,可用缺口- 光滑持久组合试样,考核缺口敏感性和持久 性能。
通过对GH4145合金试验数据的统 计分析,认为其高温变载持久寿命服从对数 正态分布。