K40S钴基高温合金的高温低周疲劳行为——Ⅱ.疲劳断口分析

研究了K40S钴基高温合金在700℃和900℃温度条件下由应变控制的高温低周疲劳行为，对疲劳断口形貌进行观察，结果表明；在高温低周疲劳加载条件下，K40S合金疲劳裂纹萌生机制为表面滑移带开裂与表面碳化物相界面开裂的综合作用；疲劳裂纹萌生与扩展方式为穿晶型，瞬断区呈现枝晶断裂特征；碳化物可作为障碍，阻碍疲劳裂纹的扩展，且为主要的二交裂纹策源地；K40S合金高温低周疲劳断裂为机械疲劳与高温环境氧化共同作用的结果。     

DD6单晶高温合金低周疲劳断裂特征的研究

对DD6单晶高温合金在高温低周(980℃、760℃)及疲劳/蠕变交互作用的断裂特征进行了研究。结果表明:DD6单晶高温合金高温低周疲劳断口往往呈多源开裂特征,裂纹萌生于试样的表面或亚表面,疲劳裂纹在刚萌生时沿着一定的小平面进行扩展,扩展区主要由垂直于裂纹扩展方向的疲劳条带和河流花样组成,瞬断区为类解理台阶形貌,裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹的扩展,断口呈现与主应力约成45°的平面特征;低周疲劳/蠕变交互作用的断裂特征与相同应变条件下低周疲劳断口总体形貌相似,但也一些不同之处,如断口整体氧化严重、疲劳扩展区面积明显减小。     

新型抗热腐蚀镍基高温合金K44的高温低周疲劳行为

研究了K44合金900℃低周疲劳性能和断裂行为。研究结果表明,该合金在循环形变过程中,首先表现出起始循环硬化或软化,随后循环稳定及最终失稳断裂三阶段。高应变幅下位错切割γ′相形成层错,降低变形阻力,合金表现出循环软化行为;低应变幅下位错在γ′相前塞积造成位错可动性降低,合金表现出循环硬化行为。疲劳裂纹主要萌生于试样表面或近表面缺陷处,以穿晶方式扩展;合金基体中块状碳化物对裂纹扩展起阻滞作用。     

M38镍基高温合金高温低周疲劳性能及断裂机制

对铸造镍基高温合金M38在900 ℃下的低周疲劳行为进行了研究.采取轴向总应变控制,应变比为-1,应变速率为1×10-2 s-1.实验结果表明:M38在900 ℃下具有与IN738LC接近的疲劳性能.在高应变幅时,疲劳裂纹主要萌生在表面碳化物等应力集中处;在低应变幅时,氧化对裂纹的萌生起重要作用,疲劳裂纹主要萌生于与试样表面相连的易氧化的富Cr晶界处和富Ti的碳化物处.在所有应变幅下,疲劳裂纹均沿垂直应力轴的方向穿晶扩展.     

铸造镍基高温合金M963的高温低周疲劳行为

对铸造镍基高温合金M963在900℃下的低周疲劳行为进行了研究,实验采取轴向总应变控制,应变速率分别为4×10-3 s-1和1×10-4 s-1.结果表明:在相同的总应变幅下,合金在低应变速率下具有较低的寿命,这归因于与时间相关的机制如氧化的损伤作用.疲劳断面以及纵向剖面的SEM分析表明,疲劳裂纹通常萌生于试样表面或亚表面的碳化物或铸造缺陷处.而当应变速率较低时,某些裂纹会在试样表面的枝晶间区域萌生.两种应变速率下疲劳裂纹开裂均呈穿晶形式.     

K40S钴基高温合金高温高周疲劳行为

研究了K40S合金700℃和900℃高周疲劳行为。结果表明：K40S合金具有低的高温疲劳缺口敏感性，合金在700℃和900℃温度条件下的疲劳缺口敏感性分别为0．025和0．035，合金低的缺口敏感性主要归因于合金良好的高温塑性。二次碳化物M23C6的高温动态时效强化有效地强化了合金基体，提高合金的形变抗力，使合金具有较高的疲劳强度。K40S合金700℃高周疲劳断裂机制主要为机械疲劳断裂，而在900℃温度条件下则为机械疲劳与高温环境氧化共同作用的结果。     

铸造镍基高温合金K52的低周疲劳行为

研究了抗热腐蚀铸造镍基高温合金K52在室温和900℃的低周疲劳行为．对循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析，给出了K52合金在此温度下的疲劳参数．合金的循环应力响应行为在室温下呈现循环硬化，而在900℃时则呈现循环软化，原因在于循环形变过程中位错之间以及位错与析出相之间的相互作用．疲劳断口宏观和微观分析表明：裂纹主要萌生于试样表面或靠近表面的缺陷处；裂纹形成后垂直于加载轴方向扩展，试样呈穿晶断裂．     

铸造镍基高温合金K445的热疲劳行为

利用开有V形缺口的平板试样,研究了新型铸造镍基高温合金K445在最高温度分别为800,850,900℃,最低温度为室温的热循环下的热疲劳行为．通过光学显微镜和扫描电镜观察合金的组织和热疲劳裂纹形貌,研究热疲劳损伤机制．结果表明,热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生,沿晶界扩展,而二次裂纹则穿晶扩展．当最高循环温度为800℃时,碳化物的组成和分布起主要作用,（Ti,Ta）C型碳化物的开裂处以及碳化物与基体的界面处是裂纹优先扩展区域．当最高循环温度为900℃时,高温氧化起重要作用,应力辅助作用下的晶界氧脆是主要损伤机制．     

690合金腐蚀疲劳裂纹扩展研究

基于DCPD方法测量了690合金在室温空气、325℃空气和325℃除氧超纯水中的疲劳裂纹扩展速率。试验结果采用Priddle模型进行拟合分析,得到690合金在3种条件下疲劳裂纹扩展的门槛应力强度因子幅值ΔK_(th)和失稳断裂应力强度因子Kc。结果表明,高温水环境下,疲劳裂纹萌生和扩展加快,这可以用滑移-溶解机理解释;高温下,材料强度下降,ΔK_(th)和Kc也下降,高温加速了材料的疲劳断裂。SEM断口形貌表明,空气中的疲劳断口观察到明显的滑移台阶,疲劳破坏形式为穿晶断裂;高温水下的疲劳断口则同时出现穿晶和沿晶开裂,为混合型断口特征。     

K4169镍基高温合金薄壁机匣的热疲劳行为

采用荧光检测、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等手段研究了K4169镍基高温合金薄壁机匣精铸件在航空发动机服役过程中的热疲劳裂纹的扩展规律及断裂方式,探讨了其疲劳断裂的扩展机制。结果表明,K4169合金薄壁机匣的热疲劳残影裂纹主要起源于外表面加工的缺口敏感处的碳化物,为多源开裂;在循环热应力下,主裂纹沿强度较低的晶界或与枝晶生长方向呈45°的方向进行扩展。晶界上碳化物的组成、分布及高温氧化是影响其裂纹扩展的主要因素,其断裂方式为准解理-韧窝混合断裂。     

K416B镍基铸造高温合金的700℃高周疲劳行为

通过高周疲劳性能测试和组织形貌观察,研究了K416B镍基高温合金700℃的高周疲劳行为.结果表明,在700℃和应力比R=-1条件下,合金疲劳寿命随着应力的升高而减小,高周疲劳强度为175 MPa;在低应力条件下,形变位错在γ基体中发生不同取向滑移,随着应力增加,位错剪切γ'相,形成层错;在拉压高周疲劳期间,合金中开动多个滑移系,并沿不同方向发生扭曲变形,在γ+γ'共晶及碳化物附近产生应力集中,致使裂纹源萌生于合金表面附近的共晶及块状碳化物处.随着高周疲劳进行,裂纹在扩展区沿枝晶间扩展,并在瞬断区发生典型的解理断裂.     

单晶高温合金损伤与断裂特征研究

研究了单晶高温合金在持久、拉伸和低周疲劳条件下的损伤与断裂特征。结果表明:单晶合金高温持久微观断裂方式为沿原始微孔洞扩展的微孔聚集型断裂,中温持久微观断裂方式为微孔聚集型断裂与滑移剪切断裂共存的混合型断裂;高温拉伸首先在内部以微孔聚集型模式开裂,最后阶段以滑移剪切的方式发生断裂,微孔聚集型断裂过程占主要地位,中温拉伸以纯滑移剪切的方式发生断裂,断口由一个平面组成;低周疲劳断裂由裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展3个阶段组成。断口呈现多源开裂特征,疲劳裂纹一般萌生于表面。疲劳裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹扩展,断口表现为与主应力约成45°的平面特征。     

DZ125高温合金超高周疲劳裂纹萌生与扩展

裂纹的萌生与扩展是研究合金材料超高周疲劳行为的重要方面。本研究分析与探讨了温度和表面状态对DZ125合金的超高周疲劳裂纹萌生与扩展特征的影响。不同温度下,DZ125合金的超高周疲劳裂纹萌生位置和扩展方式不同。室温下,裂纹均沿表面起源,裂纹扩展以拉伸模式为主;700℃下,裂纹均沿亚表面起源,裂纹扩展以剪切模式为主。室温下,DZ125合金经激光冲击处理前后的超高周疲劳裂纹萌生位置和扩展方式均存在差异。经过激光冲击处理后,裂纹萌生于合金的内部孔洞缺陷,裂纹扩展完全以剪切模式进行。     

DZ40M合金高温低周疲劳性能及其断口分析

测定了定向凝固钴基高温合金ＤＺ４０Ｍ９０℃低周疲劳性能并观察了疲劳断口,结果表明,ＤＺ４０Ｍ合金具有较高的抗高温低周疲劳性能;疲劳裂纹起源于试样表面优先氧化的碳化物。基体中骨架状分布的碳化物阻滞裂纹扩展;氧化不仅促进疲劳劳裂纹的形成,而且加速了裂纹扩展。ＤＺ４０Ｍ合金的高温疲劳破坏机械疲劳与环境氧化双重和所致。     

第二代单晶高温合金的低周疲劳行为

研究了含0.34%Hf DD6单晶高温合金在760℃下的低周疲劳行为,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,含0.34%Hf DD6合金比含0.10%Hf的疲劳寿命稍有降低;其损伤以弹性损伤为主。疲劳裂纹萌生于试样表面、亚表面或试样内部后,先沿垂直应力轴方向扩展,后沿{111}面扩展。其断裂机制为类解理断裂。断口上有典型的疲劳条带。断裂组织分析表明,位错主要在基体通道中扩展,变形后期切过γ'相,形成滑移带。     

第二代单晶高温合金高周疲劳行为研究

研究了[001]取向第二代单晶高温合金(DD6和DD5)在760和980℃条件下的高周疲劳行为,并对比分析了DD6与DD5合金的高周疲劳性能。结果表明:DD6合金高周疲劳性能优异,760和980℃条件下10~7 cyc疲劳极限分别为414和403 MPa;2种合金的高周疲劳断裂机制均为类解理断裂;应力幅较低时,位错以弓出和交滑移的方式在γ基体通道中滑移;应力幅升高时,出现位错对剪切γ'相。DD5合金C含量是DD6合金的8倍,使其碳化物含量远高于DD6合金,且二者碳化物形态存在显著差异;在DD5合金疲劳断裂过程中,碳化物既是二次裂纹的萌生位置,又是裂纹的扩展通道,显著加快了疲劳裂纹扩展速率,明显降低了合金的高周疲劳性能。     

温度对625镍基高温合金焊接接头低周疲劳行为的影响

研究了Inconel 625镍基高温合金焊接接头在25和760℃下的低周疲劳行为,分析了2种温度下焊接接头的应变疲劳寿命数据和循环应力-应变数据,进而给出了合金焊接接头的应变疲劳参数.结果表明,Inconel 625镍基高温合金焊接接头在不同温度下的弹性应变幅和塑性应变幅与载荷反向周次的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式来描述.合金焊接接头在25℃下疲劳变形时,主要发生循环软化,而在760℃下疲劳变形时则呈现循环硬化.焊接接头的低周疲劳裂纹以穿晶方式萌生于疲劳试样的自由表面,在25℃下疲劳裂纹以穿晶方式扩展,而在760℃下疲劳裂纹则以穿晶和沿晶混合方式扩展.     

单晶高温合金的冷热疲裂纹生长行为研究

研究了3种不同镍基高温合金在不同的热循环温度下的热疲劳性能.结果表明,单晶高温合金具有较好的热疲劳抗性,分别用光学显微镜和扫描电镜对热疲劳裂纹的萌生和扩展行为进行观察发现,裂纹首先在缺口处萌生,而在不同合金中裂纹的扩展行为具有显著差异.在单晶高温合金中裂纹的扩展方向与枝晶生长方向成45°,而在Mar-M002多晶定向合金中,裂纹则主要沿着枝晶间区域的共晶和碳化物进行扩展.扩展方式的不同对合金的热疲劳抗性会产生很大的影响.     

SnAgCu无铅焊点低周疲劳行为研究

在25℃下利用单轴微力疲劳试验机对96.5Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊点进行不同频率（1Hz~10Hz）和应变范围（2%~8%）的低周疲劳试验。结果表明,不同应变范围条件下无铅焊点的低周疲劳行为符合Coffin-Manson方程。频率修正的Coffin-Manson方程可以用来描述频率对无铅焊点低周疲劳寿命的影响。疲劳裂纹首先在焊点边缘的钎料与金属间化合物（IMC）之间的界面处萌生,随后,裂纹沿近IMC层的钎料内进行扩展。不同频率条件下焊点的断口形貌主要分为三个特征区域：裂纹萌生区、裂纹扩展区和最终断裂区。随着频率的升高,焊点的断裂机制由沿晶断裂向穿晶断裂转变。     

Cu-3Ag-0.5Zr合金的高温低周疲劳性能研究

研究了Cu-3%Ag-0.5%Zr合金在800K条件下的高温低周疲劳性能。对循环应力响应行为及循环应力-应变行为进行了分析,给出了Cu Ag Zr合金的疲劳参数,并根据试验数据拟合出了疲劳寿命曲线和方程。结果表明,Cu Ag Zr合金的位错密度较低,循环应力响应行为表现出循环软化特征,合金低周疲劳曲线方程为Δεt/2=0.003(2Nf)-0.1104+0.14(2Nf)-0.7792,合金具有较低的弹性应变幅和较低的过渡疲劳寿命,塑性对疲劳寿命起决定性作用。疲劳裂纹起源于试样表面,且存在有多个裂纹源,有大量微小孔洞存在,孔洞连接萌生裂纹,合金高温断裂方式为穿晶韧性断裂。