侯杰等：GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制 .827. 纹不仅出现了分叉，而且还延伸出一些次级裂纹 成和降低裂纹扩展速率的作用：相反，长针状的δ相 从整体上看，二次裂纹的数量及长度随着主裂纹的 不利于合金的力学性能].实际上δ相对合金力 扩展而逐渐增大.由于主裂纹长度的增加意味着裂 学性能的影响与其形貌、体积分数、位置、与基体中 尖应力强度因子逐渐增大，主裂纹周围的塑性变形 y和y"相的匹配度等因素有关[s-6.由图2可知试 愈发剧烈，从而导致主裂纹周围萌生二次裂纹并逐 样的品界上存在很多颗粒状的δ相：同时由断口观 渐向基体内扩展.主裂纹越长，裂尖附近的应力集 察结果可知，二次裂纹受氧致沿晶断裂机制的影响 中越严重，因此二次裂纹的数量和长度也越大.同 基本为沿晶形式.因此有必要研究在氧的作用下晶品 时主裂纹也逐渐在试样的厚度方向上延伸，导致宏 界上的δ相对沿晶二次裂纹扩展的影响. 观上主裂纹面粗糙度增大.为了分析这些二次裂纹 首先研究δ相对晶界氧化的影响.由图5可知 的扩展路径，于是对剖面试样进行化学浸蚀并使用 试样内部的晶界氧化现象并不明显，所以不适合进 扫描电镜进行观察，选取其中一条二次裂纹的扫描 行观察：而试样外表面的氧化很严重，几乎无法观察 电镜照片如图5(d)所示，可以看出二次裂纹基本为 δ相对晶界氧化的影响，因此选择对试样的亚表面 沿晶扩展方式，从而证实了图4中断口上的二次裂 进行观察.使用砂纸将试样的外表面打磨掉数微米 纹基本为沿晶二次裂纹的观察结果 厚度，经抛光后采用扫描电镜的背散射电子像模式 由上述结果可知，在650℃、初始△K=30MPa· 观察亚表面，结果如图6所示.图6(a)是试样亚表 m2和R=0.05的试验条件下，受氧致沿品断裂机 面主裂纹附近区域的扫描电镜照片，其位置如右上 制的影响，主裂纹从一开始就以沿晶方式萌生.之 角附图中的箭头所示，可以看到亚表面存在一些严 后主裂纹继续以沿晶方式扩展，同时沿晶二次裂纹 开始出现，并且数量和长度逐渐增加.进入快速扩 重氧化的品界和大量的8相.仔细观察品界上的δ 展阶段后，断口呈现韧窝组织形貌. 相，如图6(b)所示，虽然其所在的品界已被严重氧 2.3δ相与二次裂纹的关系 化，但与周围的品内δ相相比其形貌和成分衬度无 标准热处理态GH4169合金的基体中存在很多 明显差异，而且晶界氧化绕开了δ相并沿8相与基 8相.有关8相对合金力学性能的影响已有很多研 体之间的界面（δ-Y界面）进行.使用能谱对图6 究，例如晶界上析出适量的颗粒状δ相能够阻碍滑 (b)中标红色的两个位置进行点扫描，结果如图6 移和钉扎晶界并偏折裂纹，从而起到阻碍微裂纹形 (c)所示.可以看到δ-y界面存在明显的氧元素富 a】 (b) 10 gum 7000 c -Spot 1 Ni 6000 -Spot 2 Ni 5000 4000 3000 0 2000 000 0 能量keV 图6试样亚表面品界氧化与8相的关系.(a)试样亚表面的背散射电子像：(b)δ-y界面氧化：(c)能谱分析结果 Fig.6 Relationship between grain boundary oxidation and 8 phase at subsurface:(a)backscatter electron image of subsurface;(b)8-y interface oxidation:(c)EDS results侯 杰等: GH4169 合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制 纹不仅出现了分叉,而且还延伸出一些次级裂纹. 从整体上看,二次裂纹的数量及长度随着主裂纹的 扩展而逐渐增大. 由于主裂纹长度的增加意味着裂 尖应力强度因子逐渐增大,主裂纹周围的塑性变形 愈发剧烈,从而导致主裂纹周围萌生二次裂纹并逐 渐向基体内扩展. 主裂纹越长,裂尖附近的应力集 中越严重,因此二次裂纹的数量和长度也越大. 同 时主裂纹也逐渐在试样的厚度方向上延伸,导致宏 观上主裂纹面粗糙度增大. 为了分析这些二次裂纹 的扩展路径,于是对剖面试样进行化学浸蚀并使用 扫描电镜进行观察,选取其中一条二次裂纹的扫描 电镜照片如图 5(d)所示,可以看出二次裂纹基本为 沿晶扩展方式,从而证实了图 4 中断口上的二次裂 纹基本为沿晶二次裂纹的观察结果. 图 6 试样亚表面晶界氧化与 啄 相的关系 郾 (a) 试样亚表面的背散射电子像; (b) 啄鄄鄄酌 界面氧化; (c) 能谱分析结果 Fig. 6 Relationship between grain boundary oxidation and 啄 phase at subsurface: (a) backscatter electron image of subsurface; (b) 啄鄄鄄 酌 interface oxidation; (c) EDS results 由上述结果可知,在 650 益 、初始 驻K = 30 MPa· m 1 / 2和 R = 0郾 05 的试验条件下,受氧致沿晶断裂机 制的影响,主裂纹从一开始就以沿晶方式萌生. 之 后主裂纹继续以沿晶方式扩展,同时沿晶二次裂纹 开始出现,并且数量和长度逐渐增加. 进入快速扩 展阶段后,断口呈现韧窝组织形貌. 2郾 3 啄 相与二次裂纹的关系 标准热处理态 GH4169 合金的基体中存在很多 啄 相. 有关 啄 相对合金力学性能的影响已有很多研 究,例如晶界上析出适量的颗粒状 啄 相能够阻碍滑 移和钉扎晶界并偏折裂纹,从而起到阻碍微裂纹形 成和降低裂纹扩展速率的作用;相反,长针状的 啄 相 不利于合金的力学性能[17] . 实际上 啄 相对合金力 学性能的影响与其形貌、体积分数、位置、与基体中 酌忆和 酌义相的匹配度等因素有关[5鄄鄄6] . 由图 2 可知试 样的晶界上存在很多颗粒状的 啄 相;同时由断口观 察结果可知,二次裂纹受氧致沿晶断裂机制的影响 基本为沿晶形式. 因此有必要研究在氧的作用下晶 界上的 啄 相对沿晶二次裂纹扩展的影响. 首先研究 啄 相对晶界氧化的影响. 由图 5 可知 试样内部的晶界氧化现象并不明显,所以不适合进 行观察;而试样外表面的氧化很严重,几乎无法观察 啄 相对晶界氧化的影响,因此选择对试样的亚表面 进行观察. 使用砂纸将试样的外表面打磨掉数微米 厚度,经抛光后采用扫描电镜的背散射电子像模式 观察亚表面,结果如图 6 所示. 图 6(a)是试样亚表 面主裂纹附近区域的扫描电镜照片,其位置如右上 角附图中的箭头所示,可以看到亚表面存在一些严 重氧化的晶界和大量的 啄 相. 仔细观察晶界上的 啄 相,如图 6(b)所示,虽然其所在的晶界已被严重氧 化,但与周围的晶内 啄 相相比其形貌和成分衬度无 明显差异,而且晶界氧化绕开了 啄 相并沿 啄 相与基 体之间的界面( 啄鄄鄄 酌 界面) 进行. 使用能谱对图 6 (b)中标红色的两个位置进行点扫描,结果如图 6 (c)所示. 可以看到 啄鄄鄄酌 界面存在明显的氧元素富 ·827·