直接时效GH4169合金疲劳断口分析研究

据统计，机械构件中疲劳失效占50%～90%，航空构件中占80%以上，因此，在航空领域对疲劳失效断口的分析研究尤为重视。
GH4169合金是一种镍基变形高温合金，被广泛用在涡轮盘、涡轮轴、压气机叶片等部件上，这些部件往往工作在高温、高载荷等复杂环境下，在这种服役条件和环境下，材料的疲劳性能往往是直接影响其使用寿命的重要因素。
鉴于此，科研人员研究了直接时效（DA）GH4169合金的650℃和室温条件下不同应力集中敏感系数的旋转弯曲疲劳试样的疲劳断口，通过对疲劳源、疲劳扩展区和疲劳瞬断区的研究，了解直接时效GH4169合金不同应力集中敏感条件下的疲劳失效机制。
实验材料为GH4169（DA）合金材料。由优质GH4169合金在1600t水压机上进行90mm方料锻制，并经锻后时效处理：720℃/8h/以50℃/h炉冷+620℃/8h空冷。采用扫描电镜对GH4169（DA）合金在室温和650℃下的光滑（应力集中敏感系数Kt=1）和缺口（应力集中敏感系数Kt=3、4）旋转弯曲疲劳试样断口进行了研究。试验结果如下：
（1）GH4169（DA）合金室温旋转弯曲疲劳试样（Kt=1）疲劳断裂在大应力状态下具有多源疲劳断裂特征，在低应力状态下则具有单源疲劳断裂特征。但不论多源还是单源疲劳断裂，疲劳裂纹均起始于表面加工缺陷处。
（2）GH4169（DA）合金室温旋转弯曲疲劳试样（Kt=3、4）疲劳裂纹起源于缺口根部的加工缺陷处，呈现多源特征。在高载荷下疲劳源数量较少，低载荷下疲劳源数量较多。随疲劳载荷的逐渐降低，瞬断区面积逐渐减小，瞬断区的偏心距离逐渐增大，疲劳扩展区面积逐渐增大，疲劳源区的挤压损伤逐渐加重，疲劳源区的台阶逐渐细小。
（3）GH4169（DA）合金650℃旋转弯曲疲劳试样（Kt=1）疲劳断裂均具有单源疲劳断裂特征，疲劳裂纹起始于表面加工缺陷处。
（4）GH4169（DA）合金650℃旋转弯曲疲劳试样（Kt=3、4）疲劳断裂均起源于缺口根部加工缺陷处，呈多源疲劳断裂特征。随疲劳载荷的逐渐降低，疲劳源区逐渐平滑，可见疲劳弧线，疲劳扩展逐渐充分，瞬断区面积逐渐减小，瞬断区的偏心距离逐渐增大。
（5）GH4169（DA）合金650℃旋转弯曲疲劳试样（Kt=1、3、4）疲劳断口均有明显氧化现象，疲劳裂纹源区氧化最严重，扩展区逐渐变色，瞬断区由于氧化时间短，氧化较弱。随着疲劳加载周次的增加，应力集中敏感系数的增大，氧化程度加剧。
(来源：热处理)