鮑曉光，王潤梓，王 繼，郭素娟，張顯程

(華東理工大學(xué)，承壓系統(tǒng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200237)

0 引 言

航空發(fā)動機(jī)的性能對飛機(jī)的性能、成本以及可靠性起著決定性作用[1]。目前，高溫合金已逐漸成為航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵構(gòu)件上不可替代的材料，是渦輪盤的主要構(gòu)成材料；GH4169合金便是具有代表性的一種沉淀硬化型鎳基高溫合金，其與INCONEL 718合金有著相同的組成相，包括基體γ相、起次要強(qiáng)化作用的γ′相、起主要強(qiáng)化作用的亞穩(wěn)定沉淀γ"相、平衡析出δ相以及諸如NbC、TiN等二次相[2]。GH4169合金具有良好的耐腐蝕性能和抗氧化性能，較高的持久壽命[3]，以及良好的綜合力學(xué)性能、較高的強(qiáng)度、較強(qiáng)的抗蠕變和抗疲勞性能；在溫度高至650 ℃的服役條件下，其力學(xué)性能仍具有良好的穩(wěn)定性[4-8]。

航空發(fā)動機(jī)的渦輪盤長期工作在復(fù)雜載荷與高溫極端環(huán)境的交互作用下，蠕變-疲勞交互作用是渦輪盤失效的主要原因之一[9-10]。20世紀(jì)70年代以來，針對材料蠕變-疲勞交互作用的試驗(yàn)與理論研究已經(jīng)成為高溫結(jié)構(gòu)完整性領(lǐng)域內(nèi)極為重要的一部分[10]。研究表明，蠕變-疲勞交互作用下的材料壽命遠(yuǎn)低于單一疲勞或單一蠕變作用下的壽命[11-12]。蠕變-疲勞交互作用在微觀結(jié)構(gòu)上可以解釋為蠕變和疲勞損傷的綜合效應(yīng)，其中蠕變主要產(chǎn)生蠕變孔洞，而疲勞則主要產(chǎn)生表面裂紋[9]。一般來說，在蠕變-疲勞交互作用下，多個(gè)孔洞沿晶界萌生并聚集，最終與表面裂紋相互作用，從而加速了晶間裂紋的擴(kuò)展[13]。目前，針對GH4169合金的蠕變-疲勞損傷機(jī)制還未研究透徹，尤其是有關(guān)蠕變損傷的定量分析仍十分欠缺，這限制了相應(yīng)壽命預(yù)測模型的預(yù)測精度。在電子背散射衍射(EBSD)分析中，局部取向差(Local Misorientation，LocM)分布圖常用于反映待分析表面的位錯(cuò)密度[14-16]，數(shù)值較高的地方表示位錯(cuò)密度或缺陷密度較高。借助該方法不僅可以確定蠕變損傷的位置，而且可以定量地表征試樣不同位置的蠕變損傷程度[17-18]。

為了研究GH4169合金的微觀損傷機(jī)理，作者借助掃描電鏡(SEM)和EBSD技術(shù)對比分析了該合金在不同蠕變-疲勞交互作用條件下的斷口形貌及其縱切薄片上孔洞、裂紋的數(shù)量和特征，探討了蠕變損傷的分布位置和累積程度，利用反極圖判斷了裂紋的萌生與擴(kuò)展模式，得到了蠕變-疲勞交互作用下GH4169合金的宏觀失效行為和微觀損傷累積之間的聯(lián)系。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用GH4169合金由撫順特殊鋼有限公司提供，依次經(jīng)過真空感應(yīng)熔煉、氬弧焊渣熔煉、真空冶煉和均質(zhì)化退火處理，再經(jīng)過兩次鐓粗和拉伸后冷鍛而成，其化學(xué)成分見表1。高的鎳、鉻含量使合金對各種還原和氧化介質(zhì)都具有較高的耐受性；鋁與鉻一起在高溫下提供額外的抗氧化性；鉬主要負(fù)責(zé)固溶強(qiáng)化；磷的存在對材料的持久壽命和塑性也有增益作用[3]。

表1 GH4169合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical composition of GH4169 alloy (mass) %

蠕變-疲勞試樣的制樣過程：在直徑為60 mm的GH4169合金棒上線切割出尺寸為φ20 mm×200 mm的毛坯，將毛坯放入RT2-65-9型熱處理爐，在960 ℃固溶1 h空冷至室溫，再進(jìn)行兩個(gè)階段的時(shí)效處理，第一階段為在720 ℃保溫8 h，隨后以50 ℃·h-1的速率爐冷至620 ℃，第二階段為在620 ℃保溫8 h，空冷至室溫[19-20]。熱處理后合金的顯微組織如圖1所示，主要由多邊形狀γ基體相和彌散分布其上的γ″相、γ′相以及在晶界或晶內(nèi)析出的δ相組成；合金晶粒尺寸較小，直徑在515 μm之間，并且還存在著大量的孿晶。根據(jù)GB/T 15248-2008，將熱處理后的毛坯機(jī)加工成蠕變-疲勞試樣，尺寸如圖2所示。

圖1 熱處理后GH4169合金的顯微組織Fig.1 Microstructure of GH4169 alloy after heat treatment

圖 2 蠕變-疲勞試樣的尺寸Fig.2 Dimension of specimen for creep-fatigue test

將試樣加熱至650 ℃保溫1 h后，在MTS 809型液壓伺服疲勞機(jī)上，采用應(yīng)變控制方式進(jìn)行蠕變-疲勞試驗(yàn)，應(yīng)變數(shù)據(jù)由安裝在試樣標(biāo)距段、初始開口距離為25 mm的高溫陶瓷桿引伸計(jì)獲得。應(yīng)變加載波形為梯形波，應(yīng)變比Rε分別為-1，0，-∞；總應(yīng)變范圍Δεt分別為1.2%，1.6%，2.0%；拉應(yīng)變保持時(shí)間th分別為60，120，300，1 800，5 400 s；應(yīng)變速率均為4×10-3s-1。

蠕變-疲勞斷裂后，使用線切割方法在距斷口3 mm的位置進(jìn)行橫切取樣，將切下的斷口薄塊放入超聲波清洗機(jī)中，使用無水乙醇清潔斷口表面，冷風(fēng)吹干。使用Apollo 300型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察斷口形貌，統(tǒng)計(jì)裂紋源數(shù)量，分析裂紋擴(kuò)展區(qū)二次裂紋擴(kuò)展特征及分布密度。

在斷口薄塊上再進(jìn)行一次縱切，得到高3 mm、寬8 mm的近矩形切面的縱切薄片。將此縱切薄片進(jìn)行熱鑲嵌，使用自動磨拋機(jī)進(jìn)行處理：首先使用220#砂紙對切面進(jìn)行物理磨拋，再依次使用粒徑為9 μm和3 μm的金剛石顆粒懸浮液配合磨拋盤對切面進(jìn)行磨拋，最后使用OP-S Nondry型懸浮液配合磨拋盤對切面進(jìn)行拋光。將處理后的縱切薄片從熱鑲嵌塊中取出，超聲波清洗后，使用Apollo 300型掃描電子顯微鏡統(tǒng)計(jì)裂紋與孔洞的數(shù)量和尺寸，裂紋統(tǒng)計(jì)區(qū)域?yàn)榭v切薄片上平行于加載方向的兩個(gè)側(cè)邊向內(nèi)200 μm的兩個(gè)矩形區(qū)域；使用掃描電子顯微鏡配套的HKL Channel 5型EBSD探頭對孔洞和裂紋周邊進(jìn)行掃描，分析試樣的蠕變損傷累積程度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 蠕變-疲勞性能

由圖3可以看出：當(dāng)應(yīng)變比為0時(shí)，在總應(yīng)變范圍相同條件下，拉應(yīng)變保持時(shí)間越長，試樣的壽命越低，這是由于每周次疲勞循環(huán)的拉應(yīng)變保持過程中均引入了蠕變損傷，且保持時(shí)間越長蠕變損傷越大，因此蠕變-疲勞壽命縮短；在雙對數(shù)坐標(biāo)系中，試樣的壽命按其總應(yīng)變范圍的大小有著明顯的分區(qū)，應(yīng)變比對蠕變-疲勞試樣壽命的影響是明顯弱于總應(yīng)變范圍的。

圖3 不同條件下蠕變-疲勞試樣的壽命分布Fig.3 Life distribution map of creep-fatigue specimens under different conditions

2.2 蠕變-疲勞斷口上的裂紋源數(shù)量

所有試樣斷口上的裂紋源均位于試樣表面，這是因?yàn)榕c試樣內(nèi)部的幾何、力學(xué)條件相比，試樣表面具有更利于裂紋成核的條件[21-22]。

2.2.1 不同總應(yīng)變范圍下的裂紋源數(shù)量

由圖4和圖5可以看出：隨著總應(yīng)變范圍的增大，試樣斷口上的裂紋源數(shù)量明顯變多，并且總應(yīng)變范圍越大，裂紋源數(shù)量的增速越快。這是因?yàn)檩^大的總應(yīng)變范圍帶來了較高的應(yīng)力水平，而在較高應(yīng)力水平下，晶體的滑動系統(tǒng)可以在不同位置的多個(gè)表面晶粒中激活，從而導(dǎo)致多條裂紋的萌生[22]。裂紋的萌生通常發(fā)生在氧化層、微孔和酸洗坑等易于產(chǎn)生局部應(yīng)力集中的位置[23-24]。在低應(yīng)力水平下，裂紋源僅出現(xiàn)在應(yīng)力集中最明顯的位置，因此較小總應(yīng)變范圍下的裂紋源數(shù)量較少。

圖4 試樣蠕變-疲勞斷口上裂紋源數(shù)量隨總應(yīng)變范圍的變化曲線Fig.4 Number of crack sources on creep-fatigue fracture vs total strain range curve of specimens

圖5 不同總應(yīng)變范圍下試樣的蠕變-疲勞斷口形貌(Rε=0，th=300 s)Fig.5 Creep-fatigue fracture morphology of specimens with different total strain ranges (Rε=0, th=300 s)

2.2.2 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下的裂紋源數(shù)量

由圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)：裂紋源數(shù)量隨拉應(yīng)變保持時(shí)間的延長而增加，原因是隨著拉應(yīng)變保持時(shí)間的增加，在高溫環(huán)境下試樣表面會出現(xiàn)更多二次相的氧化物，而這些氧化物本身屬脆性，在循環(huán)載荷的作用下也更容易開裂，這就促進(jìn)了裂紋在試樣表面的萌生。

圖6 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下試樣的蠕變-疲勞斷口形貌(Rε=0，Δεt=1.6%)Fig.6 Creep-fatigue fracture morphology of specimens for different tensile strain retention times (Rε=0, Δεt=1.6%)

圖7 試樣蠕變-疲勞斷口上裂紋源數(shù)量隨拉應(yīng)變保持時(shí)間的變化曲線Fig.7 Number of crack sources on creep-fatigue fracture vs tensile strain retention time curve of specimens

2.2.3 不同應(yīng)變比下的裂紋源數(shù)量

由圖8可以看出，應(yīng)變比為0時(shí)，試樣蠕變-疲勞斷口上的裂紋源數(shù)量最少，為8條，應(yīng)變比為-1時(shí)，裂紋源數(shù)量增至9條，應(yīng)變比為-∞時(shí)則增至11條。這一結(jié)果與壽命的變化呈現(xiàn)明顯的反向關(guān)系，說明裂紋源數(shù)量與試樣壽命呈負(fù)相關(guān)性。

圖8 不同應(yīng)力比下試樣的蠕變-疲勞斷口形貌(Δεt=1.6%，th=120 s)Fig.8 Creep-fatigue fracture morphology of specimens at different strain ratios (Δεt=1.6%, th=120 s)

2.3 蠕變-疲勞斷口上的二次裂紋特征

2.3.1 不同總應(yīng)變范圍下的二次裂紋特征

由圖9可以看出：總應(yīng)變范圍為2.0%時(shí)試樣蠕變-疲勞斷口上的二次裂紋密度最大，其二次裂紋是以穿晶路徑為主的直裂紋，這是因?yàn)樵谙嗤瓚?yīng)變保持時(shí)間下，較大總應(yīng)變范圍下的試樣壽命較短，受到的蠕變損傷也較為有限，二次裂紋更傾向于穿晶擴(kuò)展；總應(yīng)變范圍為1.6%時(shí)，二次裂紋密度有所下降，但是裂紋逐漸傾向于沿晶擴(kuò)展，變得更加曲折；當(dāng)總應(yīng)變范圍為1.2%時(shí)，二次裂紋沿晶擴(kuò)展的傾向更加明顯，二次裂紋密度相比于總應(yīng)變范圍為1.6%的又有所降低；在3種總應(yīng)變范圍下裂紋擴(kuò)展區(qū)內(nèi)均存在疲勞輝紋，并且較小總應(yīng)變范圍下的疲勞輝紋間距更小、密度更大。

圖9 不同總應(yīng)變范圍下試樣蠕變-疲勞斷口上二次裂紋的形貌(Rε=0，th=120 s)Fig.9 Morphology of secondary cracks on creep-fatigue fracture of specimens with different total strain ranges (Rε=0, th=120 s)

2.3.2 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下的二次裂紋特征

由圖10可以看出：當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間為60 s時(shí)，試樣蠕變-疲勞斷口裂紋擴(kuò)展區(qū)的二次裂紋以穿晶擴(kuò)展的直裂紋為主，并且二次裂紋分布密度較低；當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間為300 s時(shí)，二次裂紋的分布密度明顯上升，且二次裂紋表現(xiàn)為偏沿晶擴(kuò)展特征；當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間為1 800 s時(shí)，二次裂紋的分布密度進(jìn)一步上升，且裂紋的沿晶擴(kuò)展特征變得更加明顯，能更清晰地看到晶粒和晶界。綜上，拉應(yīng)變保持時(shí)間越長，裂紋擴(kuò)展區(qū)的二次裂紋越偏向于曲折的沿晶擴(kuò)展模式，其分布密度也越大。

圖10 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下試樣蠕變-疲勞斷口上二次裂紋的形貌(Rε=0，Δεt=1.6%)Fig.10 Morphology of secondary cracks on creep-fatigue fracture of specimens for different tensile strain retention times (Rε=0, Δεt=1.6%)

2.3.3 不同應(yīng)變比下的二次裂紋特征

由圖11可以看出，當(dāng)應(yīng)變比為0時(shí)，試樣蠕變-疲勞斷口裂紋擴(kuò)展區(qū)的二次裂紋發(fā)生明顯的沿晶擴(kuò)展，而應(yīng)變比為-1和-∞時(shí)的二次裂紋都是以穿晶擴(kuò)展的直裂紋為主，并且在應(yīng)變比為-∞條件下，穿晶擴(kuò)展現(xiàn)象更明顯。在相同的總應(yīng)變范圍和拉應(yīng)變保持時(shí)間下，應(yīng)變比為0時(shí)試樣的壽命更長，發(fā)生蠕變-疲勞斷裂時(shí)的總拉應(yīng)變保持時(shí)間也更長，引入的蠕變損傷更多，因此二次裂紋更偏向于曲折的沿晶擴(kuò)展模式；應(yīng)變比為-1和-∞條件下試樣的壽命較短且相近，二次裂紋均以穿晶擴(kuò)展模式為主。綜上分析可知：應(yīng)變比不同對二次裂紋的擴(kuò)展模式和分布密度無明顯影響，但是應(yīng)變比導(dǎo)致的壽命不同會帶來總拉應(yīng)變保持時(shí)間的差異，導(dǎo)致二次裂紋特征的變化。

圖11 不同應(yīng)變比下試樣蠕變-疲勞斷口上二次裂紋的形貌(Δεt=1.6%，th=120 s)Fig.11 Morphology of secondary cracks on creep-fatigue fracture of specimens at different strain ratios (Δεt=1.6%, th=120 s)

2.4 縱切薄片上孔洞與二次裂紋的定量統(tǒng)計(jì)

2.4.1 縱切薄片微觀形貌

縱切薄片近斷口區(qū)域有著更高密度的孔洞分布，如圖12所示，故統(tǒng)計(jì)孔洞的區(qū)域設(shè)定為距斷口100 μm的矩形區(qū)域，僅統(tǒng)計(jì)尺寸大于1 μm的孔洞?？锥丛跀嗫诟浇拿芗植家舱f明了孔洞的萌生和聚集是GH4169合金蠕變-疲勞斷裂的重要原因之一。

圖12 試樣縱切薄片近斷口形貌Fig.12 Morphology near fracture of longitudinal slice from specimen

2.4.2 二次裂紋與孔洞數(shù)量

由圖13可以看出：隨著拉應(yīng)變保持時(shí)間的延長，小尺寸(13 mm)孔洞的數(shù)量先快速增加，當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間達(dá)到300 s后，增速趨于緩和，此時(shí)中尺寸(35 mm)孔洞的數(shù)量也增長到穩(wěn)定值，大尺寸(510 mm)孔洞開始出現(xiàn)；當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間從1 800 s延長至5 400 s時(shí)，小尺寸孔洞開始聚合成中尺寸孔洞，中尺寸孔洞又逐漸聚合成大尺寸孔洞。隨著拉應(yīng)變保持時(shí)間的延長，裂紋數(shù)量明顯增加。由于較長的拉應(yīng)變保持時(shí)間使得試樣在高溫環(huán)境中暴露的時(shí)間更長，導(dǎo)致試樣表面發(fā)生氧化，而氧化物本質(zhì)上是脆性的，因此試樣表面更容易萌生疲勞裂紋，裂紋數(shù)量增加。不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下試樣的微觀損傷累積程度與其壽命呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性，即微觀損傷程度越大，試樣壽命越低。

圖13 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下試樣縱切薄片上裂紋和孔洞的數(shù)量以及試樣壽命(Rε=0，Δεt=1.6%)Fig.13 Number of cracks and voids in longitudinal slices and lives of specimens for different tensile strain retention times (Rε=0, Δεt=1.6%)

由圖14可以看出：3種試驗(yàn)條件下試樣在選定區(qū)域內(nèi)均無大尺寸孔洞出現(xiàn)，說明這3種條件下的蠕變損傷積累程度均不高，孔洞只經(jīng)歷了形核和長大的過程；當(dāng)應(yīng)變比為0、拉應(yīng)變保持時(shí)間為120 s時(shí)，總應(yīng)變范圍越大，裂紋與各尺寸孔洞的數(shù)量越多，這說明增大總應(yīng)變范圍會使試樣中形成更多的疲勞和蠕變損傷；當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間為120 s、總應(yīng)變范圍為1.2%時(shí)，應(yīng)變比為-∞下的試樣中產(chǎn)生更大的裂紋和孔洞；3種試驗(yàn)條件下，試樣的微觀損傷累積程度與其壽命也存在很明顯的負(fù)相關(guān)性。

圖14 不同總應(yīng)變范圍和應(yīng)變比下試樣縱切薄片上裂紋和孔洞的數(shù)量以及試樣壽命(th=120 s)Fig.14 Number of cracks and viods on longitudinally slices and lives of specimens with different total strain ranges and different strain ratios (th=120 s)

2.4.3 平均裂紋長度

由圖15可以看出，隨著拉應(yīng)變保持時(shí)間的延長，試樣選定區(qū)域的平均裂紋長度增大。這是由于拉應(yīng)變保持時(shí)間越長，經(jīng)受的蠕變損傷累積程度越高；蠕變損傷會促進(jìn)裂紋的沿晶擴(kuò)展過程，并且沿晶擴(kuò)展速率要遠(yuǎn)高于穿晶擴(kuò)展速率，因此在較長拉應(yīng)變保持時(shí)間下的平均裂紋長度更長。試樣的壽命與平均裂紋長度同樣呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性。

圖15 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下試樣縱切薄片上裂紋平均長度和試樣壽命(Rε=0，Δεt=1.6%)Fig.15 Average crack length on longitudinal slices and lives of specimens for different tensile strain retention times(Rε=0, Δεt=1.6%)

由圖16可以看出：當(dāng)應(yīng)變比和拉應(yīng)變保持時(shí)間相同時(shí)，較小總應(yīng)變范圍下試樣中的平均裂紋長度較小，壽命較長；總應(yīng)變范圍和拉應(yīng)變保持時(shí)間相同時(shí)，應(yīng)變比為-∞條件下的平均裂紋長度遠(yuǎn)高于應(yīng)變比為0條件下的；平均裂紋長度較大試樣的壽命較短。

圖16 不同應(yīng)變比、不同總應(yīng)變范圍下試樣縱切薄片上裂紋平均長度和試樣壽命(th=120 s)Fig.16 Average crack length on longitudinal slices and lives of specimens with different strain ratios and different total strain ranges (th=120 s)

綜上所述，總應(yīng)變范圍、拉應(yīng)變保持時(shí)間與裂紋、孔洞的數(shù)量以及平均裂紋長度均成正比，試樣宏觀失效是由微觀損傷累積造成的。

2.5 孔洞與裂紋周邊的蠕變損傷

由圖17可以看出：在應(yīng)變比為0、總應(yīng)變范圍為1.6%、拉應(yīng)變保持時(shí)間為60 s條件下，試樣中的孔洞在晶界處萌生，孔洞周邊顯示出了較高的位錯(cuò)密度，并且高密度位錯(cuò)均分布在晶界上；當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間延長至5 400 s時(shí)，孔洞聯(lián)結(jié)后繼續(xù)長大而形成微裂紋，微裂紋缺陷依然處于晶界上，其周邊的位錯(cuò)密度非常高，這表明試樣承受的蠕變損傷程度很高，導(dǎo)致孔洞經(jīng)歷了形核、長大和聯(lián)結(jié)再長大的過程。由此可見，當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間較長時(shí)會引入更多的局限于晶界的蠕變損傷，造成晶界處位錯(cuò)密度的增大，蠕變損傷的累積會導(dǎo)致孔洞在晶界處萌生并長大，并且相鄰孔洞相互聯(lián)結(jié)形成晶間微裂紋。這些微裂紋在較長拉應(yīng)變保持時(shí)間下的試樣內(nèi)部廣泛存在，并有和試樣外表面萌生的裂紋相互聯(lián)結(jié)的趨勢，這也促進(jìn)了后者沿晶進(jìn)行后續(xù)擴(kuò)展的趨勢。

圖17 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下試樣縱切薄片上孔洞的SEM形貌、反極圖和取向差分布圖(Rε=0，Δεt=1.6%)Fig.17 SEM morphology (a, d), inverse pole figure (b, e) and misorientation distribution diagram (c, f) of pores on longitudinal slices of specimens for different tensile strain retention times (Rε=0, Δεt=1.6%)

由圖18可以看出：在應(yīng)變比為0、總應(yīng)變范圍為1.6%、拉應(yīng)變保持時(shí)間為60 s條件下，裂紋以穿晶形式萌生，并主要以穿晶形式擴(kuò)展，只在裂紋擴(kuò)展的最后階段才出現(xiàn)沿晶擴(kuò)展現(xiàn)象；在裂紋擴(kuò)展路徑兩側(cè)及晶界處均存在較高密度的位錯(cuò)，在遠(yuǎn)離裂紋的晶粒內(nèi)部并無位錯(cuò)分布，這說明蠕變損傷主要積累在裂紋擴(kuò)展路徑附近和晶界，但是整體而言，裂紋周邊的平均位錯(cuò)密度較小。當(dāng)拉應(yīng)變保持時(shí)間為5 400 s時(shí)，主裂紋周圍出現(xiàn)了次生裂紋，并且主裂紋上存在著幾個(gè)較大的空洞，裂紋形狀趨于不規(guī)則；主裂紋周邊及晶界處有著更高的位錯(cuò)密度，說明裂紋周邊和晶界處的蠕變損傷程度很高。

圖18 不同拉應(yīng)變保持時(shí)間下試樣中裂紋的SEM形貌、反極圖和取向差分布圖(Rε=0，Δεt=1.6%)Fig.18 SEM morphology (a, d), inverse pole figure (b, e) and misorientation distribution diagram (c,f) of cracks in specimens for different tensile strain retention time (Rε=0, Δεt=1.6%)

3 結(jié) 論

(1) 拉應(yīng)變保持時(shí)間、總應(yīng)變范圍與試樣壽命成反比關(guān)系，并與斷口上裂紋源的數(shù)量成正比。較大的總應(yīng)變范圍會導(dǎo)致二次裂紋分布密度上升，并使裂紋擴(kuò)展模式由沿晶向穿晶轉(zhuǎn)變；拉應(yīng)變保持時(shí)間的延長會大幅增加二次裂紋分布密度，并強(qiáng)烈影響二次裂紋的擴(kuò)展模式，使得裂紋擴(kuò)展模式由穿晶向沿晶轉(zhuǎn)變。

(2) 總應(yīng)變范圍、拉應(yīng)變保持時(shí)間與試樣縱切薄片上裂紋、孔洞的數(shù)量與尺寸均成正比，試樣的宏觀失效是由微觀損傷的逐漸累積造成的，且微觀損傷累積程度與其壽命存在著很明顯的負(fù)相關(guān)性。

(3) 更長的拉應(yīng)變保持時(shí)間會導(dǎo)致試樣產(chǎn)生更多的局限于晶界附近的蠕變損傷，使試樣承受更多的蠕變和氧化損傷，二者分別會在裂紋的擴(kuò)展階段和萌生階段促使裂紋由垂直于應(yīng)力軸的穿晶特征向沿晶特征轉(zhuǎn)變。