DZ125合金超高周疲劳微观裂纹萌生机制
Micro-crack Initiation Mechanism of DZ125 Ni-based Alloy During Very High Cycle Fatigue
作者：许罗鹏(中国民航飞行学院 计算机学院, 四川 广汉 618307;四川大学 空天科学与工程学院, 四川 成都 610064;Georgia Inst. of Technol., Georgia 30332-0405)；ZHOU Min(四川大学 空天科学与工程学院, 四川 成都 610064;Georgia Inst. of Technol., Georgia 30332-0405;成都大学 机械工程学院, 四川 成都 610106)；王清远(四川大学 空天科学与工程学院, 四川 成都 610064;成都大学 机械工程学院, 四川 成都 610106)
Author：XU Luopeng(School of Computer, Civil Aviation Flight Univ. of China, Guanghan 618307, China;School of Aeronautics and Astronautics, Sichuan Univ., Chengdu 610064, China;Georgia Inst. of Technol., Georgia 30332-0405, USA)；ZHOU Min(School of Aeronautics and Astronautics, Sichuan Univ., Chengdu 610064, China;Georgia Inst. of Technol., Georgia 30332-0405, USA;School of Mechanical Eng., Chengdu Univ., Chengdu 610106, China)；WANG Qingyuan(School of Aeronautics and Astronautics, Sichuan Univ., Chengdu 610064, China;School of Mechanical Eng., Chengdu Univ., Chengdu 610106, China)
收稿日期：2017-10-26 年卷（期）页码：2018,50(6):245-250
期刊名称：工程科学与技术
Journal Name：Advanced Engineering Sciences
关键字：DZ125镍基合金;超高周疲劳;裂纹萌生机制;断口分析;驻留滑移带;应力强度因子
Key words：DZ125 Ni-based alloy;very high cycle fatigue (VHCF);crack initiation mechanism;fractographic analysis;persistent slip bands (PSB);stress intensity factor
基金项目：四川省教育厅资助项目（16ZB0034）；中国民航飞行学院科研基金资助项目（F2014KF01；J2015-38）；大学生创新训练资助项目（201610624007）；国家自然科学基金资助项目（11327801；U1433127）；中国教育部国家公派留学基金资助项目（2016）
中文摘要
DZ125合金具有优良的综合性能表现，已被广泛应用于燃气涡轮高温部件的铸造。关于DZ125合金的疲劳问题研究已有较多文献报道，但从微观断口分析的角度系统阐述该合金超高周疲劳裂纹萌生及失效机制的研究则相对较少。通过研究发现，随着疲劳强度的降低，疲劳数据离散性有增大的趋势；较小的疲劳应力（小于220 MPa）所对应的疲劳寿命并未有明显增加，上述特征与疲劳微观裂纹萌生机制的改变直接相关。在高应力作用下，疲劳裂纹倾向于从材料的表面或次表面萌生，巨型二次裂纹成为其断口形貌的主要特征；在低应力状态下，材料内部的孔洞缺陷是疲劳裂纹萌生的主要区域，并严重影响材料的疲劳寿命。驻留滑移带（PSB）可导致表面粗糙区的形成，成为裂纹尖端的主要特征。主裂纹与其他二次裂纹存在竞争关系，并最终引起疲劳断裂的发生。基于Murakami公式，DZ125合金在裂纹萌生阶段的平均应力强度因子为3.15 MPa·m1/2，裂纹快速扩展阶段的平均应力强度因子和材料的断裂韧性（KIC）分别为7.72和15.70 MPa·m1/2。
英文摘要
The DZ125 alloy has excellent mechanical, fatigue, and high-temperature behaviors. It has been widely used in high-temperature gas turbine components. Although a lot of researches have been carried out on the fatigue problem of the DZ125 alloy, there are still few systematical studies on the fatigue crack initiation mechanism and its failure mechanism during very high cycle fatigue (VHCF) by microscopic fracture analysis. It is found that the scatter of fatigue data increases as fatigue stress decreases, and the fatigue life does not increase significantly even at a low fatigue stress (1/2, the average stress intensity factor at the onset of unstable crack propagation is 7.7 MPa·m1/2, and the average fracture toughness (KIC) is 15.70 MPa·m1/2.
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