GH4698合金在500℃下裂纹扩展特性研究

冯永志，刘 鹤，石多奇，李 岩

(1. 哈尔滨工业大学， 哈尔滨 150010 ； 2. 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司，哈尔滨 150028； 3. 北京航空航天大学, 北京 100191)

涡轮盘作为燃气轮机关键部件，设计时除了进行必要的疲劳寿命设计，还需要进行损伤容限设计，以保证涡轮盘的安全性、可靠性。开展损伤容限设计依赖准确的材料裂纹扩展速率模型。通过材料裂纹扩展试验可以建立材料裂纹扩展速率模型。在航空领域，发达国家针对各种涡轮盘损伤容限设计，开展了大量的断裂力学及裂纹扩展实验研究，积累了很多数据并形成了标准；国内损伤容限设计在飞机方面相对成熟，已经形成了成熟的设计体系[1-2]，但在发动机涡轮盘方面还未达到工程应用，发动机轮盘设计还主要采用安全寿命管理方式。在燃气轮机领域，重型燃气轮机涡轮盘材料还主要采用外方提供的相关订货与验收标准，拟替代材料主要是航空用材，缺少高温长时寿命数据及疲劳裂纹试验数据。燃气轮机材料研究近些年才重新起步。因此，在燃气轮机领域，涡轮盘结构损伤容限设计方向研究基础薄弱，数据库不完备，还未形成燃气轮机涡轮盘结构损伤容限设计相关标准与体系，不足以支撑燃气轮机研发与运维。

GH4698合金材料广泛用于航空发动机、燃气轮机的涡轮盘。GH4698合金用于燃气轮机涡轮盘时工作温度通常低于航空发动机的服役温度。本文针对某型燃气轮机涡轮盘用GH4698合金材料，开展某服役工况温度500 ℃下的裂纹扩展试验研究，建立该温度下基于Paris公式的裂纹扩展速率数学模型，并进行数值模拟，验证裂纹扩张速率模型的有效性，为进一步开展采用该材料的涡轮盘损伤容限设计打下基础。……