GH4090为时效强化型镍基变形高温合金,与英国牌号Nimonic90相近,该合金具有较高的抗拉强度和抗蠕变能力、良好的抗氧化性和耐腐蚀性、在冷热反复作用下具有较高的疲劳强度,常用于涡轮盘、涡轮叶片、高温紧固件、密封圈以及高温弹簧等零部件。GH4090合金弹簧丝属于高温合金冷加工产品,具有较高的强度,主要用于制作航空相关组件弹簧,作为一种新型材料应用于重点工程。根据弹簧的服役环境,无论是受静态载荷或是动态载荷,长时间的服役均会导致应力松弛或弹性衰退,严重影响了其在使用过程中的稳定可靠性。螺旋弹簧在承受轴向压缩载荷时,其丝径内部受到扭矩和弯矩的混合作用,并且沿其丝径断面应力分布不均匀,因此,即使所承受的载荷小于材料弹性极限,内部某些区域应力仍可能超过材料的弹性极限,使该区域发生塑性变形而造成弹簧的松弛。弹簧的工作温度是弹簧松弛的主要影响因素,弹簧工作温度越高,塑性变形程度越明显,即松弛率越大。
针对目前国内外对GH4090合金弹簧丝材及其弹簧等元件的研究较少,尤其同一规格弹簧的静态和动态抗松弛性能的综合、系统研究更是未见报道。本文以某型号发动机用GH4090合金圆柱螺旋弹簧(下文称GH4090合金弹簧)为研究对象,为真实反映弹簧实际工作环境,制定实验相关参数。研究其在不同温度下的静态抗松弛性能(室温、300、350和400℃)和动态抗松弛性能(室温和350℃),获取GH4090合金弹簧相关数据,对推广该材料及其弹性元件广泛应用具有重要意义,同时为该材料弹性元件的设计和制造提供参考。
1实验材料与方法
1.1实验材料
实验材料通过真空熔炼+电渣重熔双联冶炼工艺熔炼,依次经过均匀化热处理→锻造→热轧→圆丝冷拉拔中间退火热处理→酸洗→最终道次冷拉拔等工序获得GH4090合金弹簧丝材。化学成分如下表1所示。丝材经矫直、卷簧后获得变形态GH4090合金弹簧元件,变形态GH4090合金弹簧经650℃×4h时效处理,获得时效态GH4090合金弹簧元件。时效态丝材的弹性极限为1085 MPa,显微组织如下图1所示,由变形奥氏体孪晶+碳氮化物组成。弹簧元件示意图及实物如下图2所示。弹簧的丝径为0.5 mm,外径为10.5 mm,总圈数为5圈,有效圈数为3圈,螺旋方向为右旋。
