·830· 工程科学学报，第40卷，第7期 用下损伤区内的晶界快速开裂，导致裂纹扩展速率 晶界氧化集中出现的范围明显扩大，而且晶界开裂 急剧增大).从本实验中观察到的V字型区域与 现象增多.当主裂纹长度增加至8800m时，可以 文献中提到的“氧化损伤区”看起来相似，虽然并不 看到主裂纹附近出现大量的晶界开裂现象，如图9 是在裂尖前方观察到的，但考虑到这些晶界和滑移 (c)所示.此时损伤区的尺寸已扩大为1820μm,只 带的氧化是不可逆的，当主裂纹通过后会保留下来， 有在较高倍数下向左侧移动多个视场才能测得到， 因此认为这与文献中提到的“氧化损伤区”在本质 如图9(d)所示.这些结果表明，随主裂纹长度的增 上是相同的，也可以被称为晶界氧化损伤区 加，晶界氧化损伤区的尺寸逐渐增大，而且晶界开裂 为了研究晶界氧化损伤区随主裂纹扩展的变化 现象加剧 情况，在断裂后试样的外表面上选取4个位置进行 综合实验结果和文献对这一现象进行分析.由 观察，如图1(d)所示.这4个位置的扫描电镜照片 图8可以看出距离主裂纹很近的区域内存在被氧化 如图9所示.以主裂纹为起点，沿着与主裂纹垂直 的滑移带，说明即使裂纹基本以沿品方式扩展，周围 的方向向基体内延伸，直至观察不到晶界严重氧化 的基体还是会发生剧烈的塑性变形.随着主裂纹长 现象，将该点与主裂纹的距离定义为晶界氧化损伤 度的增加，△K逐渐增大，意味着裂尖应力值增大， 区的尺寸.需要指出的是，测量品界氧化损伤区的 同时主裂纹周围的塑性变形越来越剧烈，裂尖滑移 尺寸需要在较高倍数下进行，并且需要移动多个试 带平均密度逐渐升高[0].由此带来两方面影响：第 场才能完成.然而为了表现出晶界氧化损伤区的宏 一，应力能够促使氧在晶界的扩散9)；第二，滑移带 观形貌变化，需要在较低倍数下观察，但从低倍照片 能够作为氧扩散进入晶界的通道山)，从而加剧晶界 上很难看清损伤区的尺寸.因此在本实验中采用高 氧化.相关研究表明，试样表面氧化损伤区尺寸与 倍照片判断晶界氧化损伤区尺寸，同时采用低倍照 裂尖塑性区尺寸密切相关，并认为塑性变形会影响 片观察其宏观形貌变化.由图9(a)所示，当主裂纹 晶界氧化过程).因此沿着主裂纹的扩展方向，其 长度为500μm时，损伤区尺寸仅为160μm,此时晶 周围的晶界氧化损伤区的尺寸逐渐增大，晶界开裂 界氧化大多集中在主裂纹周围40μm范围内，且仅 现象愈发严重. 有少量的晶界开裂.由图9(b)所示，当主裂纹长度 需要指出的是，从图5(a)~(c)可以看出试样 增加至3400um时，损伤区的尺寸扩大为450m, 芯部并没有明显的晶界氧化损伤区.一方面，虽然 (a) (b) 20μm 204m 204m 10m 图9品界氧化损伤区随主裂纹扩展的变化.(a)距裂纹源500μm处；(b)距裂纹源3400μm处：(c)距裂纹源8800μm处：(d)距主裂 纹1800μm处 Fig.9 Evolution of the grain boundary damage zone with the main crack propagation:(a)500 um to the initiation site;(b)3400 pm to the initiation site;(c）88O0μn to the initiation site;(d)l8O0μn to the main crack工程科学学报,第 40 卷,第 7 期 用下损伤区内的晶界快速开裂,导致裂纹扩展速率 急剧增大[19] . 从本实验中观察到的 V 字型区域与 文献中提到的“氧化损伤区冶看起来相似,虽然并不 是在裂尖前方观察到的,但考虑到这些晶界和滑移 带的氧化是不可逆的,当主裂纹通过后会保留下来, 因此认为这与文献中提到的“氧化损伤区冶 在本质 上是相同的,也可以被称为晶界氧化损伤区. 图 9 晶界氧化损伤区随主裂纹扩展的变化 郾 (a) 距裂纹源 500 滋m 处; (b) 距裂纹源 3400 滋m 处; (c) 距裂纹源 8800 滋m 处; (d) 距主裂 纹 1800 滋m 处 Fig. 9 Evolution of the grain boundary damage zone with the main crack propagation:(a) 500 滋m to the initiation site; (b) 3400 滋m to the initiation site; (c) 8800 滋m to the initiation site; (d) 1800 滋m to the main crack 为了研究晶界氧化损伤区随主裂纹扩展的变化 情况,在断裂后试样的外表面上选取 4 个位置进行 观察,如图 1(d)所示. 这 4 个位置的扫描电镜照片 如图 9 所示. 以主裂纹为起点,沿着与主裂纹垂直 的方向向基体内延伸,直至观察不到晶界严重氧化 现象,将该点与主裂纹的距离定义为晶界氧化损伤 区的尺寸. 需要指出的是,测量晶界氧化损伤区的 尺寸需要在较高倍数下进行,并且需要移动多个试 场才能完成. 然而为了表现出晶界氧化损伤区的宏 观形貌变化,需要在较低倍数下观察,但从低倍照片 上很难看清损伤区的尺寸. 因此在本实验中采用高 倍照片判断晶界氧化损伤区尺寸,同时采用低倍照 片观察其宏观形貌变化. 由图 9(a)所示,当主裂纹 长度为 500 滋m 时,损伤区尺寸仅为 160 滋m,此时晶 界氧化大多集中在主裂纹周围 40 滋m 范围内,且仅 有少量的晶界开裂. 由图 9(b)所示,当主裂纹长度 增加至 3400 滋m 时,损伤区的尺寸扩大为 450 滋m, 晶界氧化集中出现的范围明显扩大,而且晶界开裂 现象增多. 当主裂纹长度增加至 8800 滋m 时,可以 看到主裂纹附近出现大量的晶界开裂现象,如图 9 (c)所示. 此时损伤区的尺寸已扩大为 1820 滋m,只 有在较高倍数下向左侧移动多个视场才能测得到, 如图 9(d)所示. 这些结果表明,随主裂纹长度的增 加,晶界氧化损伤区的尺寸逐渐增大,而且晶界开裂 现象加剧. 综合实验结果和文献对这一现象进行分析. 由 图 8 可以看出距离主裂纹很近的区域内存在被氧化 的滑移带,说明即使裂纹基本以沿晶方式扩展,周围 的基体还是会发生剧烈的塑性变形. 随着主裂纹长 度的增加,驻K 逐渐增大,意味着裂尖应力值增大, 同时主裂纹周围的塑性变形越来越剧烈,裂尖滑移 带平均密度逐渐升高[20] . 由此带来两方面影响:第 一,应力能够促使氧在晶界的扩散[19] ;第二,滑移带 能够作为氧扩散进入晶界的通道[11] ,从而加剧晶界 氧化. 相关研究表明,试样表面氧化损伤区尺寸与 裂尖塑性区尺寸密切相关,并认为塑性变形会影响 晶界氧化过程[9] . 因此沿着主裂纹的扩展方向,其 周围的晶界氧化损伤区的尺寸逐渐增大,晶界开裂 现象愈发严重. 需要指出的是,从图 5(a) ~ ( c)可以看出试样 芯部并没有明显的晶界氧化损伤区. 一方面,虽然 ·830·