日本物质材料研究研究所关于718合金母材和电子束焊接(EBW)材的高循环疲劳特性

在运载火箭发动机中,718合金是被广泛使用的材料,甚至还可作为焊接材使用。根据该材料作为母材和EBW材在常温和77K时进行高循环疲劳试验(应力比)的结果可知,EBW材在EBW后与母材一样进行了固溶处理和两级时效处理后,焊接部和HAZ(焊接热影响区)的硬度与母材相同(450HV左右)。

根据常温下的试验结果可以确认,在线图中母材和EBW材从106到107循环时的疲劳特性区域平坦,看起来象是存在着疲劳极限。EBW材的疲劳强度比母材的低一些,发生疲劳裂纹的位置不论是在焊接部(▽),还是在焊接后形成的焊接热影响区(▽),都看不到疲劳特性有差异。另一方面,虽然在77K时两种材料的疲劳强度基本上都比常温时的高,但即使在107循环后的附近区域上也没看到线图有大的倾斜,因此无法确认疲劳极限。

从使用寿命长来看,虽然两种材料发生了内部断裂现象,但在线图上并没有出现比发生表面断裂时有更大改变的趋势。EBW材会因焊接缺陷(焊接气孔)而产生疲劳断裂,在这种情况下疲劳强度会下降。对本研究中使用的试样,在焊接后采用X射线对焊接缺陷进行了检查。结果发现会导致疲劳断裂的焊接气孔比可检测到的极限气孔小。

评价在低温下107循环时的疲劳强度的条件有时选择应力振幅比常温高的区域,似乎焊接缺陷对疲劳特性的影响变得明显起来。关于钢在常温下产生疲劳的研究,有研究报告指出静态强度越高,微小的焊接缺陷和非金属夹杂等对疲劳强度的影响越大,且疲劳强度呈下降的趋势。本研究也确认存在着与此相同的情况。今后,把握检测极限可检测到的焊接缺陷在低温下会导致钢材出现何种程度的疲劳强度下降是很重要的。

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