镍基合金GH4169疲劳小裂纹扩展性能研究

【摘要】：机械构件经受疲劳损伤进程中,多尺度裂纹扩展进程经历了微观结构小裂纹、物理短裂纹和长裂纹等阶段,而小尺度裂纹的扩展阶段占疲劳总寿命的70-80%。传统基于断裂力学的裂纹预测理论大多针对长裂纹发展而来,而由于小裂纹扩展受微观结构的影响大,裂纹扩展表现出很大的奇异性,在相同裂纹名义驱动力时,小裂纹的扩展速率会比长裂纹的扩展速率高很多。因此,如果把针对长裂纹的裂纹扩展速率预测理论直接用于小尺度裂纹预测,可能导致对疲劳寿命的过高估计。基于此,本学位论文通过完成镍基合金GH4169疲劳小裂纹复型实验,研究内容和结论如下：1.进行了不同热处理工艺条件下GH4169合金微观结构分析及晶粒长大试验研究。通过激光预制微缺口技术,研究不同晶粒尺寸对多尺度疲劳裂纹扩展行为的影响。随着晶粒尺寸的增大,合金疲劳寿命显著增大。小裂纹阶段扩展速率受晶粒尺寸的影响不明显,获得了小裂纹阶段扩展速率的经验公式。长裂纹阶段,裂纹扩展速率随着晶粒尺寸的增大而减小。2.所有不同晶粒尺寸的合金裂纹扩展都经历微观小裂纹、物理小裂纹和长裂纹阶段,微观结构小裂纹阶段和物理小裂纹阶段分别占据疲劳总寿命26～51%,23～31%。对于小晶粒尺寸的材料,小裂纹阶段即微观结构小裂纹和物理小裂纹阶段的总和占疲劳总寿命的绝大部分。3.不同应力比下对疲劳小裂纹扩展速率有很大的影响,随着应力比的增大,疲劳寿命增大,小裂纹阶段扩展速率显著减小。