在600，800，900，1000℃对火焰筒材料GH3536高温合金进行了应变控制的蠕变疲劳试验，研究了该合金的高温蠕变疲劳行为；利用考虑温度和保载影响的Coffin-Manson蠕变疲劳寿命预测模型对其蠕变疲劳寿命进行预测，并与试验结果进行对比。结果表明：GH3536合金在600~900 ℃表现出不同程度的循环硬化现象，随着温度的升高，硬化程度减弱；1000 ℃下在初始循环阶段出现轻微软化现象，随后峰值应力保持稳定直至合金失效。在800~1000 ℃下的蠕变疲劳半寿命保载阶段，GH3536合金表现出显著的应力松弛现象。随着温度的升高，合金的蠕变疲劳寿命缩短；在600℃下最大应变保载过程对疲劳寿命基本没有影响，而在800~1000℃下会显著缩短蠕变疲劳寿命。考虑温度和保载效应的疲劳寿命预测模型预测得到的不同温度下的蠕变疲劳寿命大部分位于2倍分散带内，该模型可以较准确地预测GH3536合金的蠕变疲劳寿命。
01研究背景
火焰筒作为航空发动机燃烧过程的关键部件，长期暴露在极端高温的环境下，容易发生由热应变引起的疲劳失效。在实际运行环境中，高强度且分布不均匀的循环热载荷不仅会导致表面疲劳损伤，还会导致内部蠕变损伤，造成热端部件寿命的进一步缩短。研究火焰筒用材料在高温下的蠕变疲劳行为，建立疲劳寿命预测方法，对于火焰筒的寿命设计和安全服役意义重大。
GH3536 镍 基 高 温 合 金（类 似 于 美 国 系 列Hastelloy X合金）作为火焰筒常用的一种材料，具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性以及高的高温强度等特点。赵明等研究发现，在600~800℃蠕变疲劳交互作用下，随保载时间的延长，GH3536合金的断裂塑性呈增强趋势，而断裂寿命则相应缩短。LU等研究发现，在816℃和927℃蠕变疲劳交互作用下，Hastelloy X合金在无保载时主要发生穿晶断裂，而当保载时间达到2min时，断裂模式转变为以晶间断裂为主。LEE等研究发现：Hastelloy X合金的晶粒尺寸越大，其抗蠕变疲劳损伤能力越强；随温度的升高或保载时间的延长，断裂模式由穿晶向沿晶转变，蠕变疲劳寿命缩短。LIU等采用非线性蠕变-损伤模型模拟发现，在高温蠕变疲劳作用下当保载时间由1min延长到60min时，HastelloyX合金的蠕变损伤率由70%升至99%，而蠕变疲劳的交互作用由25%降至1%。
目前，关于GH3536合金的高温蠕变疲劳研究多集中在失效机理分析上，其蠕变疲劳寿命的预测方法存在局限性，大多仅适用于单一温度条件，且计算过程涉及参数多，运算复杂。作者在600~1000℃下对GH3536合金进行蠕变疲劳试验，研究了该合金的高温蠕变疲劳行为，基于经典Coffin-Manson公式对其蠕变疲劳寿命进行预测，拟为火焰筒部件的寿命评估提供模型参考。
02研究亮点
1 试样制备与试验方法
本章节重点介绍了GH3536镍基高温合金的蠕变疲劳试验方法。主要内容包括：
1.试验材料成分为21.59%Cr、17.74%Fe等；
2. 按国家标准制备试样并进行表面处理；
3. 使用MTS疲劳试验机在600-1000℃温度范围内进行试验，温度控制精度±5℃；
4. 采用应变控制，速率0.4%/s，应变比-1和0.05，应变范围0.4%-1.2%；
5. 蠕变疲劳试验包含2分钟保载阶段；
6. 以峰值载荷下降50%或试样断裂作为失效判据。
GH3536合金在不同温度下的蠕变疲劳峰值应力响应曲线
2 试验结果与讨论
本章节重点包括：
1. GH3536合金在600~900℃区间表现出循环硬化特征，峰值应力先升后降，温度升高会减少达到最大应力的循环次数并减弱硬化程度；1000℃时则出现初始循环软化。
2. 应变范围增大会显著增强合金的硬化程度，而应变比对峰值应力的影响在前10周次内较小（差异<10MPa），后续趋于0。
3. 800~1000℃保载阶段出现显著应力松弛，初期（约20秒内）快速下降，后趋缓；应变范围对应力松弛速率影响有限。
4. 采用Feltham方程（σ=σ0[1-B″ln(bt+1)]）成功拟合了应力松弛曲线，揭示了材料参数与松弛行为的关系。
3 蠕变疲劳寿命预测
本章节重点介绍了GH3536高温合金的蠕变疲劳寿命预测方法。主要内容包括：
1. 采用经典Coffin-Manson公式进行低循环疲劳寿命预测；
2. XU等提出的考虑温度效应的经验模型及其拓展形式；
3. 保载效应在不同温度条件下的影响规律（600℃以下无影响，800℃以上显著影响）；
4. 蠕变疲劳寿命预测方法（分温度区间采用不同策略）及验证结果（大部分预测值在2倍分散带内）；
5. 该预测方法具有参数少、计算简单、结果保守可靠等特点。
GH3536 合金在不同温度下的纯疲劳寿命和蠕变疲劳寿命与应变范围的关系
03研究结论
（1）GH3536合金在600~900℃表现出不同程度的循环硬化现象，随着温度的升高，峰值应力达到最大值的循环次数减少，循环硬化程度减弱；在相同温度下，应变范围越大，合金的硬化程度越显著。在1000℃下合金在初始循环阶段出现软化现象，随后峰值应力保持稳定直至失效。
（2）在800~1000℃下蠕变疲劳的半寿命保载阶段，GH3536合金表现出显著的应力松弛现象，在应力松弛初期，应力快速下降，随后下降趋势显著减缓，直至趋于稳定；不同应变范围下的应力松弛行为相同。随应变范围的增大或温度的升高，合金的蠕变疲劳寿命降低；在600℃下最大应变保载过程对疲劳寿命基本没有影响，当温度为800~1000℃时，最大应变保载会显著降低蠕变疲劳寿命，降低幅度约50%。
（3）采 用 综 合 考 虑 温 度 和 保 载 效 应 影 响 的Coffin-Manson模型预测的不同温度下GH3536合金的蠕变疲劳寿命大部分位于2倍分散带内，少部分位于２~3倍分散带内，表明该模型预测结果较为准确，该方法具有参数数量少、计算简单的优点。
