基于小裂紋理論的GH4169高溫合金的疲勞全壽命預(yù)測(cè)

張 麗， 吳學(xué)仁

(北京航空材料研究院 航空材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100095)

基于斷裂力學(xué)研究長(zhǎng)裂紋和小裂紋(10 μm ～1 mm)擴(kuò)展行為時(shí)，發(fā)現(xiàn)“小裂紋效應(yīng)”的存在，即在相同的名義應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔK 的作用下，小裂紋的擴(kuò)展速率高于長(zhǎng)裂紋，并且在低于長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值ΔKth的情況下小裂紋仍能擴(kuò)展［1，2］?！靶×鸭y效應(yīng)”已經(jīng)在試驗(yàn)中得到證實(shí)，尤其在壓縮加載，如負(fù)應(yīng)力比條件下更為明顯。小裂紋和長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展行為的差異通常認(rèn)為是由于疲勞裂紋閉合現(xiàn)象引起的。疲勞裂紋閉合是由于殘留在前進(jìn)中的裂紋尾跡上的塑性變形引起的。大量的研究［3～7］表明，金屬材料和結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋主要起始于材料初始微觀結(jié)構(gòu)缺陷，如加工劃痕、夾雜顆粒、孔洞或滑移損傷等。這使得裂紋起始?jí)勖蟠罂s短。同時(shí)也使得小裂紋沒(méi)有能夠?qū)е麻]合的尾跡塑性變形的歷史，因此小裂紋的閉合程度不及長(zhǎng)裂紋。如果小裂紋是完全張開(kāi)的，則應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍全部有效，因而裂紋擴(kuò)展速率將比穩(wěn)定狀態(tài)的裂紋擴(kuò)展速率大。而長(zhǎng)裂紋門(mén)檻值是隨著載荷下降時(shí)裂紋閉合上升而建立起來(lái)的。因此穩(wěn)定狀態(tài)的裂紋擴(kuò)展行為將可能介于小裂紋與長(zhǎng)裂紋門(mén)檻行為之間。

自20 世紀(jì)80年代中期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外疲勞斷裂界對(duì)小裂紋擴(kuò)展行為，對(duì)經(jīng)典的S-N 疲勞/耐久性與現(xiàn)代損傷容限之間的聯(lián)系，以及利用斷裂力學(xué)原理進(jìn)行疲勞全壽命預(yù)測(cè)的可行性進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。北京航空材料研究院與美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)蘭利研究中心對(duì)中美兩國(guó)的兩種航空高強(qiáng)鋁合金曾進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)8年的合作研究，發(fā)展了一種基于斷裂力學(xué)理論，把ΔK 與裂紋閉合概念相結(jié)合，適用于小裂紋擴(kuò)展分析的全壽命預(yù)測(cè)方法，即基于小裂紋理論的疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法［1，2］。“小裂紋理論”是指將疲勞過(guò)程處理為裂紋從微缺陷(或微裂紋)至斷裂失效的擴(kuò)展過(guò)程。這也是應(yīng)用該壽命預(yù)測(cè)方法的基本前提。

GH4169(Inconel718)是一種沉淀強(qiáng)化鎳基高溫合金，被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，齊歡［8］總結(jié)了合金的發(fā)展過(guò)程。合金的疲勞性能也受到關(guān)注，近期黃嘉等［9］研究了慣性摩擦焊后焊接接頭的疲勞性能。在以往對(duì)該合金小裂紋行為的研究中，也發(fā)現(xiàn)了“小裂紋效應(yīng)”的存在。Connolley 等［10］和Huang 等［11］在各自的研究中均發(fā)現(xiàn)了該合金在疲勞早期，材料夾雜開(kāi)裂形成微裂紋，裂紋的起始?jí)勖急壤浅Ｐ?。從目前?duì)GH4169 合金疲勞裂紋擴(kuò)展行為的研究來(lái)看，該合金已經(jīng)滿(mǎn)足了基于小裂紋理論的疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法的基本前提條件。

本工作以航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)用高溫合金GH4169 材料為研究對(duì)象，進(jìn)行了室溫恒幅載荷作用下應(yīng)力比為0.1 和0.5 的小裂紋和長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，以及單邊缺口拉伸試樣的高周疲勞試驗(yàn)?；谛×鸭y理論的疲勞全壽命預(yù)測(cè)模型，采用FASTRAN軟件［12］對(duì)GH4169 合金的疲勞全壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，并利用高周疲勞試驗(yàn)S-N 數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證該方法的適用性。

1 材料與試驗(yàn)

試驗(yàn)材料為渦輪盤(pán)用鎳基高溫合金GH4169，其熱處理制度為直接時(shí)效熱處理。合金微觀結(jié)構(gòu)如圖1 所示。平均晶粒尺寸約為15μm，個(gè)別晶粒尺寸達(dá)到50μm 左右。該合金中存在兩種不同形貌的夾雜:顏色較深的為T(mén)i(C，N)，多為方形，尺寸為5 ～30μm;顏色較淺的為Nb(C，N)，形狀、大小各異。材料在室溫下的拉伸性能為σ0.2=1390MPa，σb=1530MPa。

圖1 GH4169 合金的微觀結(jié)構(gòu)Fig.1 Microstructure of superalloy GH4169

圖2 SENT 試樣形狀和尺寸Fig.2 Geometry and sizes of SENT specimen (unit:mm)

考慮到渦輪盤(pán)的一種服役損傷形式是在樅樹(shù)形根部或螺栓孔等處產(chǎn)生疲勞裂紋，盤(pán)的定壽必須考慮缺口處的疲勞行為。因此選擇單邊缺口拉伸(SENT)試樣作為小裂紋試樣和高周疲勞試樣，試樣的形狀和尺寸如圖2 所示。試樣缺口根部的應(yīng)力集中使得此處容易產(chǎn)生如圖3 所示的自然萌生的表面裂紋，裂紋起始于試樣缺口根部，以半橢圓形裂紋擴(kuò)展。采用彈性本構(gòu)模型計(jì)算試樣缺口基于毛截面的理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt為4.37。用于小裂紋試驗(yàn)的試樣經(jīng)過(guò)低應(yīng)力機(jī)械拋光至鏡面。采用薄膜復(fù)型法監(jiān)測(cè)小裂紋起始和擴(kuò)展過(guò)程。

圖3 GH4169 合金小裂紋起始位置及形狀Fig.3 Small crack initiation site and shape of superalloy GH4169

GH4169 合金的長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)緊湊拉伸(CT)試樣在恒幅載荷作用下的裂紋擴(kuò)展行為來(lái)獲得。試樣寬度為40mm，厚度為10mm。所有試樣均在渦輪盤(pán)上切取。

2 塑性誘導(dǎo)裂紋閉合模型

Newman 的塑性誘導(dǎo)的裂紋閉合模型［13，14］原本是針對(duì)有限寬板的中心裂紋建立的，隨后又推廣到孔邊穿透裂紋。該模型是建立在Elber 的裂紋閉合概念和Dugdale 裂尖塑性區(qū)模型基礎(chǔ)上的，但對(duì)后者又作了修正，即考慮了裂紋尾跡上的殘留塑性變形。有關(guān)該模型的細(xì)節(jié)可參考文獻(xiàn)［15］。但是，該模型一個(gè)最重要的特征是引入約束因子α 來(lái)模擬裂紋前緣的三維約束效應(yīng)。

經(jīng)循環(huán)塑性區(qū)修正的有效應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍［16］由下式給出:

式中，σmax為最大應(yīng)力，R 為應(yīng)力比，So為裂紋張開(kāi)應(yīng)力，α 為應(yīng)力狀態(tài)約束系數(shù)，在1 ～3 中取值，1為平面應(yīng)力，3 為平面應(yīng)變，σ0為桿元流動(dòng)應(yīng)力，F(xiàn)為邊界修正因子。

式(1)～(7)被用來(lái)建立裂紋擴(kuò)展的da/dNΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)，這些基線(xiàn)數(shù)據(jù)被用在FASTRAN 程序中預(yù)測(cè)疲勞壽命。

3 裂紋擴(kuò)展行為

為了進(jìn)行疲勞全壽命預(yù)測(cè)，必須要有材料的裂紋擴(kuò)展速率da/dN－ΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)。這需要通過(guò)長(zhǎng)裂紋和小裂紋的擴(kuò)展試驗(yàn)來(lái)確定，長(zhǎng)裂紋的擴(kuò)展曲線(xiàn)還可用于驗(yàn)證小裂紋效應(yīng)是否存在。

3.1 小裂紋擴(kuò)展行為

采用SENT 試樣進(jìn)行了應(yīng)力比為0.1 和0.5 的小裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，利用薄膜復(fù)型法記錄了試樣缺口根部沿缺口壁的小裂紋的起始和擴(kuò)展過(guò)程。小裂紋均起始于試樣表面的夾雜:Ti(C，N)和Nb(C，N)，并獲得了不同循環(huán)周次對(duì)應(yīng)的小裂紋長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。大部分試樣產(chǎn)生了一條導(dǎo)致斷裂的主裂紋，僅三根試樣產(chǎn)生了兩條主裂紋，兩條主裂紋同時(shí)擴(kuò)展，在疲勞后期兩條主裂紋合并，最終導(dǎo)致試樣斷裂。表1給出了這些試樣的小裂紋長(zhǎng)度和壽命等數(shù)據(jù)。采用薄膜復(fù)型法監(jiān)測(cè)到的最小裂紋僅為十幾個(gè)微米長(zhǎng)。此處，Ni為首次發(fā)現(xiàn)小裂紋時(shí)的壽命，Np為小裂紋擴(kuò)展壽命，該值由小裂紋擴(kuò)展至穿透試樣厚度時(shí)的壽命值減去Ni得到，Nf為試樣斷裂時(shí)的壽命，即疲勞全壽命。疲勞裂紋的起始?jí)勖急壤?% ～39%之間，小裂紋的擴(kuò)展壽命所占比例很大，在60% ～90%之間。這些結(jié)果表明，GH4169 合金具備基于小裂紋理論的疲勞全壽命預(yù)測(cè)模型的基本要求。

利用斷裂力學(xué)理論進(jìn)行裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)的重要前提之一是高精度的應(yīng)力強(qiáng)度因子解，即K 值。Wu 和Newman 等［17］基于三維權(quán)函數(shù)和有限元計(jì)算，得到了SENT 試樣半橢圓表面裂紋K 值的計(jì)算式:

表1 小裂紋長(zhǎng)度及壽命數(shù)據(jù)Table 1 Data of small crack lengths and lives

式中:σ 為名義拉伸應(yīng)力;E(k)為形狀因子;g1，g2，g3，g4，g5，fθ，fw的具體定義見(jiàn)文獻(xiàn)［17］，在本工作的計(jì)算中假設(shè)裂紋長(zhǎng)度a 與裂紋深度c相等。

采用割線(xiàn)法對(duì)薄膜復(fù)型法得到的(2a，N)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得小裂紋擴(kuò)展的da/dN 數(shù)據(jù)，與根據(jù)式(8)，(9)計(jì)算得到的ΔK 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，得到如圖4所示的小裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)。小裂紋擴(kuò)展速率具有較大的分散性，尤其在低ΔK 區(qū)。同一應(yīng)力比下，加載應(yīng)力的變化對(duì)小裂紋擴(kuò)展速率的影響不大。這些小裂紋數(shù)據(jù)將用于幫助選擇近門(mén)檻值區(qū)的da/dN－ΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)。

圖4 小裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)Fig.4 Data of small crack growth (a)R=0.1;(b)R=0.5

3.2 長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展行為

圖5a 給出了CT 試樣在應(yīng)力比R = 0.1 和0.5下的長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)。利用Newman 裂紋閉合公式(式(1)～(7))進(jìn)行裂紋擴(kuò)展速率da/dN 與ΔKeff的關(guān)聯(lián)，如圖5b 所示。通過(guò)試算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)約束系數(shù)α為2.5 時(shí)，所有的數(shù)據(jù)能歸并到幾乎是一條da/dNΔKeff的曲線(xiàn)上。圖中實(shí)線(xiàn)是長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展da/dNΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)。此處沒(méi)有采用方程式來(lái)對(duì)裂紋擴(kuò)展速率與ΔKeff做關(guān)聯(lián)，而是選取了不同速率處對(duì)應(yīng)的ΔKeff值，尤其在轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即建立了一個(gè)da/dN-ΔKeff對(duì)應(yīng)的表格。這樣做是因?yàn)楸砀衲鼙榷鄥⒘康姆匠淌礁鼮榫_地描述基線(xiàn)數(shù)據(jù)，尤其在轉(zhuǎn)折過(guò)渡區(qū)。

在門(mén)檻值區(qū)域，長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)采用降載法，在達(dá)到門(mén)檻值后，再用升載法繼續(xù)試驗(yàn)以獲取更多的da/dN 數(shù)據(jù)。采用這種方法得到的近門(mén)檻值區(qū)域的數(shù)據(jù)很可能會(huì)受到裂紋閉合的影響，特別是在應(yīng)力比R 不太高的情況下。因此，這樣測(cè)得的門(mén)檻值以及近門(mén)檻值區(qū)域的數(shù)據(jù)不適用于小裂紋擴(kuò)展速率的計(jì)算。該區(qū)域的基線(xiàn)數(shù)據(jù)將通過(guò)與小裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)的比較來(lái)進(jìn)行估計(jì)。

圖5 長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)Fig.5 Data of long crack growth (a)da/dN－ΔK;(b)da/dN－ΔKeff;

圖6 給出了兩個(gè)應(yīng)力比下的長(zhǎng)裂紋和小裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)的對(duì)比。圖中若非特別說(shuō)明，均為da/dNΔK 數(shù)據(jù)。由圖可見(jiàn)，兩種應(yīng)力比下，該合金均有明顯的小裂紋效應(yīng)，尤其在近門(mén)檻值區(qū)域。因此，基于線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)時(shí)，必須考慮小裂紋擴(kuò)展行為，否則將會(huì)得到非保守的壽命估計(jì)。在高裂紋擴(kuò)展速率區(qū)(da/dN ＞105mm/cycle)，小裂紋擴(kuò)展速率基本上與長(zhǎng)裂紋速率歸并到一起。因此，該范圍的長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展da/dN－ΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)可用于壽命預(yù)測(cè)。但由于“小裂紋效應(yīng)”的存在，在da/dN＜105mm/cycle 時(shí)，與小裂紋擴(kuò)展速率偏差較大的數(shù)據(jù)將不適合用于壽命預(yù)測(cè)，必須根據(jù)小裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，得到圖6a 和圖6b 中所示的虛線(xiàn)部分。

圖6 長(zhǎng)裂紋和小裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.6 Comparison of long－and small－crack growth data (a)R=0.1;(b)R=0.5

綜合考慮小裂紋和長(zhǎng)裂紋的擴(kuò)展行為，得到用于壽命預(yù)測(cè)的da/dN－ΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。表3給出了壽命預(yù)測(cè)中所選用的部分參數(shù)，其中E 為彈性模量，KF為斷裂韌度，m 為斷裂韌度參數(shù)。至此，已經(jīng)得到FASTRAN 壽命預(yù)測(cè)的大部分?jǐn)?shù)據(jù)，但仍缺少一個(gè)所需的主要條件，即初始裂紋尺寸ai和ci值。

表2 da/dN－ΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)Table 2 The baseline data of da/dN－ΔKeff

表3 力學(xué)性能Table 3 Mechanic properties of GH4169

4 疲勞裂紋源分析

基于斷裂力學(xué)的FASTRAN 壽命預(yù)測(cè)模型，初始裂紋尺寸是必需的主要條件，或稱(chēng)為等效初始缺陷尺寸(EIFS)。通常確定初始裂紋尺寸的方法有三種［18］:一是經(jīng)驗(yàn)取值，二是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果迭代或外推，三是通過(guò)分析材料的金相照片或試樣的疲勞斷口形貌來(lái)確定。顯然，第三種方法更加直接準(zhǔn)確。本工作采用對(duì)疲勞試樣的斷口形貌分析的方法來(lái)確定初始裂紋尺寸。

采用SENT 試樣進(jìn)行了應(yīng)力比為0.1 和0.5 的高周疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)方法按照HB 5287—1996 進(jìn)行，得到了疲勞壽命區(qū)間為5 ×104～1 ×107循環(huán)周次的壽命數(shù)據(jù)。該試驗(yàn)?zāi)康挠腥?(1)對(duì)試樣斷口形貌進(jìn)行觀察分析，獲得該合金疲勞裂紋源的信息;(2)對(duì)疲勞極限進(jìn)行試算得到(ΔKeff)th值;(3)利用高周疲勞S-N 數(shù)據(jù)對(duì)FASTRAN 預(yù)測(cè)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。

利用掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析儀(EDS)對(duì)試樣斷口形貌進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋均起源于試樣表面的夾雜，如圖7 所示。Murakami［19］提出，對(duì)于形狀不規(guī)則的裂紋(如夾雜、孔洞等缺陷起始的裂紋)，不采用其真實(shí)面積來(lái)計(jì)算K 值，而采用能夠?qū)⒊跏疾灰?guī)則形狀全部包含在內(nèi)的光滑輪廓所包含的面積作為等效面積。根據(jù)該原則對(duì)疲勞源區(qū)的夾雜進(jìn)行等效面積處理，如圖7 中虛線(xiàn)所示，得到的夾雜處的等效面積area?？紤]到小裂紋起始后很快以半圓形裂紋向前擴(kuò)展的情況，假設(shè)裂紋沿長(zhǎng)度和深度方向的初始尺寸相等，即ai=ci，根據(jù)半圓的面積公式，計(jì)算得到初始裂紋尺寸，即

圖7 疲勞源區(qū)掃描電鏡照片F(xiàn)ig.7 SEM photos of fatigue initiation sites

對(duì)計(jì)算得到的初始裂紋尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，裂紋尺寸分布在5 ～20μm。將所有尺寸分為八個(gè)區(qū)間作為橫坐標(biāo)，每2個(gè)微米為一個(gè)區(qū)間，分別為5 ～7μm，7 ～9μm 至17 ～19μm，最后一個(gè)區(qū)間為19 ～20μm。以每個(gè)區(qū)間內(nèi)初始裂紋的個(gè)數(shù)為縱坐標(biāo)得到如圖8所示的結(jié)果。可見(jiàn)夾雜尺寸ai=ci主要分布在7 ～9μm 和9 ～11μm 區(qū)間內(nèi)。

5 疲勞壽命預(yù)測(cè)

至此，已經(jīng)具備了對(duì)一個(gè)疲勞全壽命方法進(jìn)行評(píng)價(jià)的所有條件。該壽命預(yù)測(cè)方法的全部基礎(chǔ)是由起源于材料的微觀缺陷處(在GH4169 合金中微觀缺陷為材料夾雜)的裂紋擴(kuò)展。在這個(gè)全壽命預(yù)測(cè)方法中，假設(shè)在第一個(gè)循環(huán)時(shí)裂紋就已經(jīng)存在并開(kāi)始擴(kuò)展。利用裂紋閉合模型和基準(zhǔn)的da/dN－ΔKeff曲線(xiàn)來(lái)預(yù)測(cè)從初始裂紋尺寸(即材料夾雜)直至斷裂的全過(guò)程的裂紋擴(kuò)展行為。利用SENT 試樣的疲勞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，模型的流程如圖9 所示。

圖8 初始缺陷尺寸統(tǒng)計(jì)分布Fig.8 Statistical distribution of initial defect sizes

圖9 FASTRAN 模型的總體流程圖Fig.9 General scheme of the model presented in FASTRAN

根據(jù)圖9 所示的FASTRAN 模型總體方案流程計(jì)算得到了GH4169 合金在恒幅載荷下的疲勞壽命(S-N)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖10，無(wú)箭頭符號(hào)表示試樣做到斷裂，帶箭頭符號(hào)表示試驗(yàn)在試樣斷裂前就停止了。初始裂紋尺寸ai=ci分別取7 ～11μm 范圍內(nèi)不同的值進(jìn)行試算，初始裂紋半高bi=0μm。采用的有效應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍與裂紋擴(kuò)展速率的關(guān)系見(jiàn)表2。利用FASTRAN 程序?qū)ζ谌珘勖髁祟A(yù)測(cè)，圖中實(shí)線(xiàn)代表了預(yù)測(cè)的疲勞壽命。結(jié)果表明，當(dāng)ai=ci=8μm 時(shí)，得到的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)FASTRAN 壽命預(yù)測(cè)程序，計(jì)算了不同初始裂紋尺寸的壽命值，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)作對(duì)比。根據(jù)試樣斷口分析結(jié)果可知大部分初始裂紋尺寸分布在7 ～11μm 范圍內(nèi)，故分別采用7μm 和11μm 作為裂紋初始尺寸，依然采用表2 給出的da/dN－ΔKeff基線(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)疲勞全壽命，結(jié)果如圖11所示。采用這兩個(gè)初始裂紋尺寸值計(jì)算得到的疲勞壽命，除少數(shù)幾個(gè)點(diǎn)，均能很好地將試驗(yàn)數(shù)據(jù)包含在壽命分散帶內(nèi)。這些結(jié)果表明基于小裂紋理論的疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法適用于對(duì)室溫恒幅載荷作用下GH4169 合金疲勞全壽命的預(yù)測(cè)。

圖10 SENT 試樣的預(yù)測(cè)與試驗(yàn)疲勞壽命對(duì)比Fig.10 Comparison of experimental and predicted fatigue lives of SENT specimens

圖11 壽命預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比Fig.11 S-N data comparison of predicted and experimental fatigue lives

6 結(jié)論

(1)室溫下GH4169 合金的疲勞裂紋多起源于材料夾雜，疲勞全壽命的大部分消耗在小裂紋擴(kuò)展階段。在長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展速率低于10－5mm/cycle 的區(qū)域，具有明顯的小裂紋效應(yīng)，壽命預(yù)測(cè)必須考慮小裂紋擴(kuò)展行為。

(2)在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中導(dǎo)致高周疲勞失效的夾雜物的等效初始裂紋尺寸ai主要分布在7 ～11μm范圍內(nèi)。

(3)當(dāng)初始裂紋尺寸ai= ci= 8μm 時(shí)，利用FASTRAN 軟件預(yù)測(cè)得到GH4169 合金的疲勞全壽命，預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合良好。分別以7μm 和11μm 作為初始裂紋尺寸，預(yù)測(cè)得到的壽命分散帶，將大部分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)包含在內(nèi)。

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