鎳基合金GH4169缺口件多軸疲勞裂紋萌生與擴展

1、銀基合金GH416馱口件多軸疲勞裂紋萌生與擴展1 引言疲勞斷裂失效主要起源于機械構件或零件中產(chǎn)生的裂紋，所以要分析研究疲勞斷裂失效的原因或影響因素，就必須著重或首先分析研究斷口的類型、機理和特征。2 多軸疲勞裂紋宏觀斷口觀察疲勞斷裂的發(fā)展過程是疲勞裂紋的萌生、擴展和瞬時斷裂。對缺口試件的斷口進行宏觀觀察如圖1-1,由圖a)可明顯的看到斷口的三個區(qū)，斷口中央部位較粗糙，顏色呈暗灰色，這顯然是瞬時斷裂區(qū)；而四周斷口表面平滑，有明顯的貝紋線,為裂紋擴展區(qū)。圖1-1的a)中可明顯看出,裂紋源在試件的外表面生成并向內部延伸擴展。b)中可看出在整個試驗過程中，試件產(chǎn)生多個裂紋源，并向試件內部擴展。3 .3

2、多軸疲勞裂紋源觀察：對于GH4169高溫合金，其裂紋源大都發(fā)生在試件的表面，主要是因為具有自由表面的晶粒不能完全受到鄰近晶粒的支持，在承受外加載荷時比內部金屬更容易發(fā)生塑性變形，并最終萌生疲勞裂紋。還有一個原因就是表面粗糙度引起的應力集中和表面殘余拉應力引起的表面應力最大?；谝陨显?，對于此合金，其裂紋源大都發(fā)生在試件表面。圖1-2是用掃描電鏡對試件的斷裂面進行裂紋源觀察的圖像。由圖1-2可以看出，對試件中典型裂紋源放大50倍后，可以清晰地看到裂紋源在試件表面生成，并呈放射狀向內部擴展。4 .4多軸比例加載下疲勞斷口微觀觀察:與單軸載荷下的低周疲勞斷口相比，多軸疲勞斷口顯得比較復雜，也較難觀

3、察。主要是因為多軸疲勞的斷口出現(xiàn)大量的擦痕和擠壓，致使疲勞條紋不太明顯。圖1-3是等效應變?yōu)?.6，比例加載下的缺口件斷口形貌，a)為放大50倍的圖像，b)為放大500倍的圖像。圖1-345°比例加載路徑斷口形貌(A£/2=0.6%)從a)圖中可明顯的看出粗糙的瞬斷區(qū)和較為平滑的擴展區(qū)。圖b)是擴展區(qū)和瞬斷區(qū)之間的過渡區(qū)，可以看出瞬斷區(qū)明顯的韌窩，和擴展區(qū)的海灘狀條紋，在這兩個區(qū)域之間可以看出較大的二次裂紋。圖1-4為將此試件的擴展區(qū)放大2000倍的圖像，圖中有較多的二次裂紋。因為GH4169多晶體合金，而且還存在碳化物，在碳化物與基體交界處的結合力小，在較大剪切應力作用下

4、，易產(chǎn)生二次裂紋。在圖中可以看出有類似輪胎花樣和脊骨花樣的疲勞條紋。輪胎花樣和脊骨狀花樣是低周疲勞斷口常見的微觀特征。圖1-5是等效應變?yōu)?.4，比例加載下的斷口形貌。圖中a),b),c),d)均為放大4000倍時的照片。圖1-5中可以看出，在擴展區(qū)凹處摩擦不到的地方出現(xiàn)了較為明顯的疲勞條紋，這些疲勞條紋相互平行，略帶彎曲呈波浪形。這是由于各種外部和內部的原因而引起的疲勞裂紋擴展停止和減慢的結果。從1-4和1-5兩圖可以看出，在多軸比例加載下，在擴展區(qū)存在大量的研磨擦痕，圖1-445°比例加載路徑斷口形貌(x2000)圖1-545°比例加載路徑斷口形貌(A£eq/2=0.4%)其原因是由于疲勞裂紋擴展速度較慢以及裂紋反復張開與閉合，使兩個相互匹配的斷口在運行過程中相互摩擦造成的。2結論(1) 對于比例加載下的試件，可觀察出其疲勞輝紋和疲勞臺階，對于非比例加載下的試件其斷口由于相互研磨劇烈，故其疲勞特征不明顯，斷口形貌多呈現(xiàn)擦痕。(2)GH4169合金試樣的疲勞