直接时效对GH4169合金应力集中敏感性的影响

GH4169合金是一种以体心四方的γ″和γ′相沉淀强化的Ni-Fe-Cr基变形高温合金，在-253～650℃的使用温度范围内得到广泛应用。该合金具有强度高、抗氧化、抗辐照、热加工性能和焊接性能好的特点，成为航空航天及核能、石油等领域大量应用的关键材料。GH4169合金分为普通GH4169合金和优质GH4169合金，优质GH4169合金主要用于生产制造航空发动机的转动部件。GH4169合金生产的锻件从工艺上可分为三类：标准工艺、高强工艺和直接时效工艺。其相应的锻件称之为标准GH4169锻件、高强GH4169锻件和直接时效（DA）GH4169锻件。直接时效GH4169锻件是目前国内生产的强度最高的变形高温合金。

优质GH4169合金生产的这些转动部件往往工作在高温环境下，在这种服役条件和环境下，GH4169合金部件承受着很大的疲劳载荷，材料的疲劳性能往往是直接影响其使用寿命的重要因素。对于高强度合金，其突出弱点是疲劳强度对应力集中敏感，疲劳是一种表面敏感特性，疲劳对构件表面状态十分敏感。

据统计，机械构件失效中疲劳失效占50～90%，其中航空构件占80%以上。疲劳失效中，80%以上的裂纹起始于诸如加工刀痕、划伤、组织损伤及其他表面缺陷造成的应力集中处。由此可见，表面应力集中对构件疲劳性能及服役寿命的影响。

目前国内外学者针对镍基高温合金尤其是GH4169合金开展了大量的高低周疲劳性能、裂纹扩展、断口形貌等方面的研究，但对GH4169合金的应力集中敏感特性方面研究较少。研究人员针对高强度直接时效（DA）GH4169合金，采用旋转弯曲疲劳实验方法，研究其在室温和650℃大气条件下不同应力集中系数（Kt=1，Kt=3，Kt=4）对疲劳性能的影响。

试验结果表明：

（1）直接时效GH4169合金具有很强的应力集中敏感性。室温大气条件下，光滑试样Kt=1的疲劳极限为498MPa，缺口试样Kt=3的疲劳极限为209MPa，缺口试样Kt=4的疲劳极限为169MPa。Kt=3的疲劳极限较Kt=1时损失了58%，Kt=4的疲劳极限较Kt=1损失了66%。650℃时，光滑试样Kt=1的疲劳极限为731MPa，缺口试样Kt=3的疲劳极限为297MPa，缺口试样Kt=4的疲劳极限为234MPa。Kt=3的疲劳极限较Kt=1时损失了59%，Kt=4的疲劳极限较Kt=1损失了68%。

（2）室温条件下直接时效GH4169合金的疲劳极限较高温650℃时有显著降低，Kt=1时，室温疲劳极限较650℃下降了32%，Kt=3时下降了30%，Kt=4时下降了28%。