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军用高温合金材料弯曲晶界对高温塑性和疲劳裂纹扩展的影响

军用高温合金材料在高温的断裂往往始于垂直于主应轴的晶界上,对平直晶界往往在晶粒的三岔点处萌生,多为楔型裂纹,而弯曲晶界的裂纹因晶内滑移而在晶界萌生,多为孔洞型裂纹。弯曲晶界裂纹萌生要比平直晶界困难,因为晶界滑动是高温裂纹形核的主要控制因素,弯曲晶界可有效阻止晶界滑动,因而推迟了晶界孔洞裂纹的形成。

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其次,军用高温合金材料弯曲晶界也阻止或推迟裂纹扩展,因为裂纹萌生后的每一条微裂纹,由于位向不同,常常局限于弯曲晶界分段的较短单元范围内,与邻近裂纹彼此隔开。同时,军用高温合金材料弯曲晶界上微裂纹端部在扩展过程中遇到了具有塑性较高的晶粒变形而钝化,军用高温合金材料晶内区域的应力集中也因变形而松弛。这样就有效地降低了裂纹扩展速率,推迟了大尺寸晶界裂纹的形成。


对军用高温合金材料蠕变来说,提高了蠕变断裂时间,并提高蠕变断裂塑性。对高温拉伸来说,则提高了延伸率和面缩率。对疲劳裂纹扩展速率来说,当试验频率较高时,主要是穿晶裂纹,晶内变形控制整个疲劳过程,所以弯曲晶界不能发挥作用。

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当军用高温合金材料试验频率较低时,蠕变因素增大,晶界裂纹的萌生和扩展起控制作用,弯曲晶界阻止或推迟裂纹形核,延缓裂纹扩展,裂纹扩展速率大大降低。所以,凡是与晶界裂纹有关的断裂,军用高温合金材料弯曲晶界都起重要作用,推迟裂纹形核,延缓裂纹扩展,从而改善力学性能。


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