第12期 姚志浩等：GH864合金组织特征对裂纹扩展速率的影响 ·1505· 此规律不适于混晶及项链状组织特征 快速断裂失稳.由图8(a)也可以发现，C组织虽然 3.2组织对裂纹扩展速率的影响 为混晶项链状组织，但其裂纹扩展速率在初期就表 图8(a)为三种合金组织的裂纹扩展速率曲线. 现出相对较低的水平，随着△K的增加，合金裂纹扩 可以看出，在蠕变疲劳实验过程中，合金基本经历了 展速率增长缓慢，当△K在65~72MPam2时合金 疲劳裂纹的萌生阶段、初始加速扩展阶段、平稳扩展 裂纹几乎保持不变，之后裂纹扩展速率迅速增加，合 阶段及瞬断加速阶段.具有A组织的合金裂纹扩展 金最终断裂 速率在应力强度因子△K<45.6MPa·m时，裂纹 三种GH864合金组织状态下疲劳裂纹扩展长 扩展速率相对较快，而当应力强度因子△K进一步 度与应力循环周次a/N曲线如图8(b)所示，而裂 增加时，该合金裂纹扩展速率始终保持了较慢的增 纹扩展速度da/dW值则可通过a/W曲线的斜率中 长速率，当该合金在即将断裂之前稍有裂纹扩展速 获得.由图8(b)中明显看出，A型大晶粒组织及C 率加速.根据式(1)、式(2)可知，△K随着裂纹长度 型项链状组织的合金断裂周次明显高于B型细小 a的增加而逐渐增加.而B合金组织随着△K的增 品粒组织的断裂周次，A和C组织断裂时间分别达 加，裂纹扩展速率在初期保持了较快的裂纹扩展速 到了114h和146h(对应A、C断裂周次为3364周 率，随着裂纹的延伸，合金裂纹扩展速率经历较短的 和4311周).从而可以看出，该合金晶粒尺寸粗大， 稳定期迅速转变为快速攀升期，裂纹急剧扩展，试样 则有利于提高合金的抗裂纹蠕变疲劳扩展能力· 15 (a) b 项链状组织 14 100 % 13 项链状组织 10 12 11 10▣4 40 5060708090100 0 1000 2000300040005000 应力强度因子MPam防 N周 图8裂纹扩展速率及断裂周次数据.()裂纹扩展速率与应力强度因子：(b)合金裂纹扩展长度与疲劳周次的关系 Fig.8 Crack growth rate data:(a)crack growth rate vs.AK for the sample at 650C:(b)relations between crack growth size and fatigue cyeles 3.3裂纹扩展过程分析 通过图9可以把合金的整个疲劳断裂过程分 为了进一步分析GH864合金疲劳行为，对得到 为前期的孕育、初期裂纹的萌生、中期裂纹的扩展 的da/dN-△K和a-V曲线的数据进行处理，得到了 以及末期裂纹的瞬断四个阶段.在整个疲芳断裂 a-gV:/W曲线(N为任意循环周次，N为断裂周 过程中，把孕育阶段的周次占整个断裂周次的比 次)、da/dN-a曲线以及da/dN-V曲线，如图9(a)、 率定义为孕育比率P。、裂纹萌生周次占整个断裂 (b)和(c)所示. 周次比率定义为萌生比率P,扩展周次占整个断 5回 0.045 0.045 (b) 目14 项链状组织C 0.040 0.040 0.035 0.035 13 0.030 0.030 0.025 0.025 B 12 萌生区向稳态 0.020 稳态扩展向失 萌生区向稳态 0.020 稳扩展转变点 扩展转变点 扩展转变点 0.015 0.015 11 0.010 0.010 0.005 0.005 10F 0 项链状组织 项链状组织 0.01 01 10 111213 14 0500 1500250035004500 lg N IN 裂纹扩展长度，almm N/周 图9裂纹扩展速率曲线变化分析.()裂纹扩展长度与循环周次比率的对数关系：(b)裂纹扩展速率与裂纹扩展长度关系：（©）裂纹扩展 速率与循环周次关系 Fig.9 Crack propagation curves:(a)crack propagation length-gN/N:(b)da/dN (c)da/dN-V第 12 期 姚志浩等: GH864 合金组织特征对裂纹扩展速率的影响 此规律不适于混晶及项链状组织特征． 3. 2 组织对裂纹扩展速率的影响 图 8( a) 为三种合金组织的裂纹扩展速率曲线． 可以看出，在蠕变疲劳实验过程中，合金基本经历了 疲劳裂纹的萌生阶段、初始加速扩展阶段、平稳扩展 阶段及瞬断加速阶段． 具有 A 组织的合金裂纹扩展 速率在应力强度因子 ΔK ＜ 45. 6 MPa·m1 /2 时，裂纹 扩展速率相对较快，而当应力强度因子 ΔK 进一步 增加时，该合金裂纹扩展速率始终保持了较慢的增 长速率，当该合金在即将断裂之前稍有裂纹扩展速 率加速． 根据式( 1) 、式( 2) 可知，ΔK 随着裂纹长度 a 的增加而逐渐增加． 而 B 合金组织随着 ΔK 的增 加，裂纹扩展速率在初期保持了较快的裂纹扩展速 率，随着裂纹的延伸，合金裂纹扩展速率经历较短的 稳定期迅速转变为快速攀升期，裂纹急剧扩展，试样 快速断裂失稳． 由图 8( a) 也可以发现，C 组织虽然 为混晶项链状组织，但其裂纹扩展速率在初期就表 现出相对较低的水平，随着 ΔK 的增加，合金裂纹扩 展速率增长缓慢，当 ΔK 在 65 ～ 72 MPa·m1 /2 时合金 裂纹几乎保持不变，之后裂纹扩展速率迅速增加，合 金最终断裂． 三种 GH864 合金组织状态下疲劳裂纹扩展长 度与应力循环周次 a /N 曲线如图 8( b) 所示，而裂 纹扩展速度 da /dN 值则可通过 a /N 曲线的斜率中 获得． 由图 8( b) 中明显看出，A 型大晶粒组织及 C 型项链状组织的合金断裂周次明显高于 B 型细小 晶粒组织的断裂周次，A 和 C 组织断裂时间分别达 到了 114 h 和 146 h ( 对应 A、C 断裂周次为 3 364 周 和 4 311 周) ． 从而可以看出，该合金晶粒尺寸粗大， 则有利于提高合金的抗裂纹蠕变疲劳扩展能力． 图 8 裂纹扩展速率及断裂周次数据 . ( a) 裂纹扩展速率与应力强度因子; ( b) 合金裂纹扩展长度与疲劳周次的关系 Fig． 8 Crack growth rate data: ( a) crack growth rate vs． ΔK for the sample at 650 ℃ ; ( b) relations between crack growth size and fatigue cycles 图 9 裂纹扩展速率曲线变化分析 . ( a) 裂纹扩展长度与循环周次比率的对数关系; ( b) 裂纹扩展速率与裂纹扩展长度关系; ( c) 裂纹扩展 速率与循环周次关系 Fig． 9 Crack propagation curves: ( a) crack propagation length-lgNi /Nf ; ( b) da /dN-a; ( c) da /dN-N 3. 3 裂纹扩展过程分析 为了进一步分析 GH864 合金疲劳行为，对得到 的 da /dN--ΔK 和 a--N 曲线的数据进行处理，得到了 a--lgNi /Nf 曲 线( Ni 为任意循环周次，Nf 为 断 裂 周 次) 、da /dN--a 曲线以及 da /dN--N 曲线，如图 9( a) 、 ( b) 和( c) 所示． 通过图 9 可以把合金的整个疲劳断裂过程分 为前期的孕育、初期裂纹的萌生、中期裂纹的扩展 以及末期裂纹的瞬断四个阶段． 在整个疲劳断裂 过程中，把孕育阶段的周次占整个断裂周次的比 率定义为孕育比率 P0、裂纹萌生周次占整个断裂 周次比率定义为萌生比率 Pci，扩展周次占整个断 ·1505·