第11期 张丽娜等：固溶温度和稳定化工艺对GH864合金疲劳裂纹扩展特征的影响 ·1371· 扩展过程分成裂纹的萌生、稳态扩展和失稳瞬断三 ·萌生比例 个阶段进行更加深入的分析.对比A、B和C三种 60 ·扩展比例 制度可以得出：当固溶温度较低时，晶粒尺寸小，多 数断裂以穿晶方式，在整个过程中萌生过程所占比 例较高，同时晶界在外力作用下易于滑动和迁移，所 以抗裂纹扩展能力低：当固溶温度升高，晶粒尺寸增 0 大，在沿晶界断裂时，裂纹萌生期所占比例减小而扩 展期占整个断裂过程的比例明显升高（图10）.因 0.4 0.5 0.6070.8 0.9 1.0 碳化物连续系数∫ 此可以认为，若要增加合金的抗裂纹萌生能力，需要 选择小于1045℃低的固溶温度：反之，若需要增加 图11稳定化工艺与裂纹萌生期及扩展期比例的关系 合金的抗扩展能力，则需要选择大于1045℃固溶. Fig.11 Relationship among stabilization treatment,the percent- age of crack initiation period and the percentage of crack propaga- 70 。萌生比例 tion period 60 ·扩展比例 纹扩展速率下降，但实际上当晶界碳化物不断析出， 50 碳化物颗粒彼此之间相连并呈包膜状析出时，此时 晶界碳化物析出对裂纹扩展抗力的影响则起到相反 30 的作用，合金的裂纹扩展速率增加，抗断裂能力反而 降低.因此，晶界碳化物对裂纹扩展速率的影响也 201020103010401050106010701080 固溶温度究 将存在一个影响拐点，即存在一个最佳值0-山， 结合图10和图11可以得到：为了增加合金的 图10裂纹萌生期比例和扩展期比例与固溶温度的关系 Fig.10 Relationship among solution temperature,the per- 抗裂纹萌生能力，需要低的固溶温度和高温长时间 centage of crack initiation period and the percentage of crack 稳定化工艺：要提高合金的抗裂纹扩展能力，则需要 propagation period 高温固溶和低温短时间稳定化处理.从微观组织参 当然，根据Hall-Ptech公式，晶粒尺寸过大，基 数角度可以得出，晶粒尺寸和晶界碳化物对裂纹抗 萌生和扩展的贡献正好相反.较小的晶粒尺寸，较 体的强度也会下降，导致力学性能下降，容易发生沿 大的晶界碳化物尺寸及晶界碳化物连续系数，合金 晶断裂，从而增加裂纹扩展速率.因此，基于现有的 的裂纹萌生期比例较高；晶粒尺寸增大，晶界碳化物 裂纹扩展速率数据分析，认为晶粒尺寸与裂纹扩展 速率之间在理论上应该存在一个最佳值回 尺寸和连续系数减小，裂纹的扩展期比例将会增大. 与此同时还应该注意到，晶粒尺寸和晶界碳化物的 同样为了系统分析稳定化处理工艺对裂纹扩展 三个阶段的影响，分别测量了D、E和F三种工艺 综合作用与材料的裂纹扩展速率之间存在一个最小 晶界上碳化物的尺寸d.和其间距A,把二者之间的 值，即存在晶粒尺寸和晶界碳化物的强化作用的最 比值定义为品界碳化物连续系数即f=d./入.当晶 佳点，此时合金裂纹扩展速率达到最低.因此探求 界碳化物间距远大于晶界碳化物尺寸时(f。0),表 组织参数、热处理工艺与裂纹扩展能力之间最优化 明晶界碳化物以离散的形式分布在晶界；当晶界碳 组合，将成为下一步深入研究的重点，从而最终使合 化物间距等于晶界碳化物尺寸时(f=1),表明晶界 金抗疲劳裂纹性能达到最优化 碳化物紧密排列在晶界上；晶界碳化物连续系数越 4结论 大，碳化物沿晶界分布越连续.据此，分析晶界碳化 物连续系数f。与合金裂纹萌生和扩展比率的变化趋 (1)通过对da/dN-△K和a-N曲线的数据进 势，如图11所示.随着稳定化时间和温度的增加， 行转换，揭示GH864合金的裂纹萌生期比例及扩展 使得晶界碳化物析出量的增加，碳化物连续系数∫ 期比例，并进一步给出影响各自比例的微观组织 大于0.56时裂纹萌生期比例提高，即裂纹抗萌生的 因素 能力增加，而裂纹扩展期比例下降，裂纹抗扩展能力 (2)随着固溶温度的升高，晶粒尺寸增加，合金 减小；但当f小于0.56时则扩展期比例高于萌生期 的裂纹扩展速率降低，但在整个断裂过程中，裂纹的 比例. 萌生期和扩展期的比例会发生相反的变化.如果要 从本次试验结果看，随着碳化物析出量增加，裂 增加合金的抗裂纹萌生能力，需要选择小于1045℃第 11 期 张丽娜等: 固溶温度和稳定化工艺对 GH864 合金疲劳裂纹扩展特征的影响 扩展过程分成裂纹的萌生、稳态扩展和失稳瞬断三 个阶段进行更加深入的分析． 对比 A、B 和 C 三种 制度可以得出: 当固溶温度较低时，晶粒尺寸小，多 数断裂以穿晶方式，在整个过程中萌生过程所占比 例较高，同时晶界在外力作用下易于滑动和迁移，所 以抗裂纹扩展能力低; 当固溶温度升高，晶粒尺寸增 大，在沿晶界断裂时，裂纹萌生期所占比例减小而扩 展期占整个断裂过程的比例明显升高( 图 10) ． 因 此可以认为，若要增加合金的抗裂纹萌生能力，需要 选择小于 1 045 ℃低的固溶温度; 反之，若需要增加 合金的抗扩展能力，则需要选择大于 1 045 ℃固溶． 图 10 裂纹萌生期比例和扩展期比例与固溶温度的关系 Fig． 10 Relationship among solution temperature，the per￾centage of crack initiation period and the percentage of crack propagation period 当然，根据 Hall--Ptech 公式，晶粒尺寸过大，基 体的强度也会下降，导致力学性能下降，容易发生沿 晶断裂，从而增加裂纹扩展速率． 因此，基于现有的 裂纹扩展速率数据分析，认为晶粒尺寸与裂纹扩展 速率之间在理论上应该存在一个最佳值［9］． 同样为了系统分析稳定化处理工艺对裂纹扩展 三个阶段的影响，分别测量了 D、E 和 F 三种工艺 晶界上碳化物的尺寸 dc和其间距 λ，把二者之间的 比值定义为晶界碳化物连续系数即 fc = dc /λ． 当晶 界碳化物间距远大于晶界碳化物尺寸时( fc→0) ，表 明晶界碳化物以离散的形式分布在晶界; 当晶界碳 化物间距等于晶界碳化物尺寸时( fc = 1) ，表明晶界 碳化物紧密排列在晶界上; 晶界碳化物连续系数越 大，碳化物沿晶界分布越连续． 据此，分析晶界碳化 物连续系数 fc与合金裂纹萌生和扩展比率的变化趋 势，如图 11 所示． 随着稳定化时间和温度的增加， 使得晶界碳化物析出量的增加，碳化物连续系数 fc 大于 0. 56 时裂纹萌生期比例提高，即裂纹抗萌生的 能力增加，而裂纹扩展期比例下降，裂纹抗扩展能力 减小; 但当 fc小于 0. 56 时则扩展期比例高于萌生期 比例． 从本次试验结果看，随着碳化物析出量增加，裂 图 11 稳定化工艺与裂纹萌生期及扩展期比例的关系 Fig． 11 Relationship among stabilization treatment，the percent￾age of crack initiation period and the percentage of crack propaga￾tion period 纹扩展速率下降，但实际上当晶界碳化物不断析出， 碳化物颗粒彼此之间相连并呈包膜状析出时，此时 晶界碳化物析出对裂纹扩展抗力的影响则起到相反 的作用，合金的裂纹扩展速率增加，抗断裂能力反而 降低． 因此，晶界碳化物对裂纹扩展速率的影响也 将存在一个影响拐点，即存在一个最佳值［10--11］． 结合图 10 和图 11 可以得到: 为了增加合金的 抗裂纹萌生能力，需要低的固溶温度和高温长时间 稳定化工艺; 要提高合金的抗裂纹扩展能力，则需要 高温固溶和低温短时间稳定化处理． 从微观组织参 数角度可以得出，晶粒尺寸和晶界碳化物对裂纹抗 萌生和扩展的贡献正好相反． 较小的晶粒尺寸，较 大的晶界碳化物尺寸及晶界碳化物连续系数，合金 的裂纹萌生期比例较高; 晶粒尺寸增大，晶界碳化物 尺寸和连续系数减小，裂纹的扩展期比例将会增大． 与此同时还应该注意到，晶粒尺寸和晶界碳化物的 综合作用与材料的裂纹扩展速率之间存在一个最小 值，即存在晶粒尺寸和晶界碳化物的强化作用的最 佳点，此时合金裂纹扩展速率达到最低． 因此探求 组织参数、热处理工艺与裂纹扩展能力之间最优化 组合，将成为下一步深入研究的重点，从而最终使合 金抗疲劳裂纹性能达到最优化． 4 结论 ( 1) 通过对 da /dN--ΔK 和 a--N 曲线的数据进 行转换，揭示 GH864 合金的裂纹萌生期比例及扩展 期比例，并进一步给出影响各自比例的微观组织 因素． ( 2) 随着固溶温度的升高，晶粒尺寸增加，合金 的裂纹扩展速率降低，但在整个断裂过程中，裂纹的 萌生期和扩展期的比例会发生相反的变化． 如果要 增加合金的抗裂纹萌生能力，需要选择小于 1 045 ℃ ·1371·