高温环境下的疲劳挑战：GH4169与GH4586合金800℃下

800℃下GH4169与GH4586高温合金的疲劳性能研究

GH4169高温合金，作为一类以γ'、γ"相为主要强化相的沉淀硬化型高温合金，在650℃以下展现出卓越的综合力学性能。而GH4586镍基高温合金，则是我国自主研发的、以γ'相为主要强化相的沉淀硬化型高温合金，其在液氮温度至850℃的宽广温度范围内，不仅具备良好的耐腐蚀性和抗氧化性，还拥有出色的高温力学性能。

目前，关于GH4169合金的疲劳性能研究，主要聚焦于650℃及以下温度区间，且研究重点多为其低周疲劳行为及蠕变-低周疲劳交互行为。例如，侯杰等研究了GH4169合金在650℃下的低周疲劳断裂机制，发现裂纹的起源与扩展均以沿晶方式进行；而Chen等则通过峰值拉伸应变下的不同保持时间，深入探讨了GH4169合金在650℃高温下的低周疲劳与蠕变疲劳交互行为。相比之下，关于GH4586合金的研究，则更多地集中在工艺、微观组织与其力学性能之间的关系上，关于其疲劳性能的研究相对较少。如Xie等研究了微观组织对GH4586合金裂纹扩展的影响；Wang等则通过应变控制，研究了GH4586高温合金在1023K下的低周疲劳断裂行为。

然而，这两类合金均广泛应用于航天发动机结构件中，且实际服役环境温度多处于800℃。但遗憾的是，关于这两种合金在800℃下的疲劳行为，目前尚缺乏深入的研究。因此，本文基于GH4169合金和GH4586合金的实际使用工况，对它们在800℃下的疲劳性能及疲劳断裂机制进行了系统的研究，旨在为这两种合金在航天领域的使用寿命预估及可靠性评价提供有力的数据支撑。

2.1拉伸性能分析

通过标准拉伸试验，我们获得了GH4169合金和GH4586合金在800℃下的拉伸性能数据。如表所示，GH4586合金在800℃下的抗拉强度和屈服强度分别比GH4169合金高出107MPa和157.34MPa。这主要归因于GH4169合金晶界处析出的针状δ相在高温下引起的显著应力集中，这些δ相成为微孔萌生的核心，导致材料发生微孔聚集型的延性断裂，从而显著降低了其抗拉强度与屈服强度。而GH4586合金在高温环境下仍能保持较高水平的屈服强度，这主要得益于其晶界处细小且连续分布的碳化物对位错的阻碍作用。这些均匀分布的细小晶界碳化物颗粒在高温下对晶界起到强化作用，有效提升了合金的高温强度，使其不易发生塑性变形，因此屈服强度并未显著降低。

3 结论

1. GH4169合金在800℃下，由于晶界处析出的针状δ相引起的显著应力集中，导致其屈服强度与抗拉强度显著下降。而GH4586合金在800℃下的高屈服强度和抗拉强度，则主要得益于高温下均匀分布的细小晶界碳化物颗粒对晶界的强化作用。

2. 在800℃下，GH4169合金和GH4586合金的平均疲劳强度极限分别为363.33MPa和490.00MPa。其S-N曲线方程分别为σm,GH4169=-52.19lgN+670.6和σm,GH4586=-92.04lgN+1059.7。

3. 在800℃下，GH4169合金的疲劳断口呈现出高温合金蠕变断口的典型特征；而GH4586合金的瞬断区则呈现出韧窝+准解理断裂特征。GH4586合金晶界处稳定的相强化以及颗粒状TiN对蠕变的抑制作用，共同提升了其疲劳性能。此外，细小碳化物作为第二相强化粒子，也对提高GH4586合金的疲劳性能起到了积极作用。