《表1 GH4169合金的主要化学成分 (质量分数)》

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《GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制》

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实验材料为标准热处理态GH4169合金的成品盘锻件，主要化学成分如表1所示.从盘锻件上切取紧凑拉伸（CT）试样和金相试样.CT试样的缺口方向平行于盘锻件的半径方向，试样的厚度方向与盘锻件的厚度方向一致；金相试样从CT试样的旁边切取出来.试样的加工参照JB/T8189标准，尺寸为25 mm×25 mm×10 mm，经过磨抛处理后进行低周疲劳裂纹扩展试验.试验在空气中进行，试验温度650℃，初始ΔK=30 MPa·m1/2，应力比R=0.05，最大载荷为4230 N，最小载荷为211 N，加载方式为三角波拉-拉载荷，包括15 s的加载和15 s的卸载，采用直流电位法测量每周次的裂纹长度.试验采用电阻炉加热方式，分别在CT试样的上、中、下三个位置附近捆绑热电偶，通过控温仪测量并控制炉膛内的温度.当三个位置上的温度均达到试验温度并稳定后开始试验.试验过程中控温精度为±1℃.试验采用中断法进行，即当裂纹扩展到一定长度时，暂停试验并卸下载荷，使用扫描电镜观察主裂纹及附近区域，然后重新安装试样并继续试验，如此往复数次直至试样最终断裂.使用无水乙醇清洗断裂后的两半试样并吹干，然后使用扫描电镜和能谱分析进行观察和分析.右半边试样的断口、外表面和剖面的相对位置如图1（a）所示.首先对右半边试样的断口进行观察，以分析主裂纹的扩展行为.图1（b）是断口的宏观照片，可以看出按照颜色能够将断口大致分成3个区域.因此分别对裂纹源以及这3个区域各自的中间位置进行观察，即图1（b）中所示的裂纹源、距离裂纹源1000μm、距离裂纹源5700μm和瞬断区这4个位置.为了对二次裂纹进行观察，同时排除试样外表面严重氧化的干扰，于是将右半边试样从1/2厚度处剖开，对剖面进行磨抛处理后，选取与图1（b）中相对应的3个位置进行观察，如图1（c）所示.需要指出的是，虽然断口从形貌上看并非完全对称，但在断口的任意纵剖面上都可以按照颜色分为3个区域，因此观察1/2剖面是具有代表性的.之后为了研究主裂纹附近的二次裂纹与δ相的关系，在试样剖面的主裂纹附近挑选几条具有代表性的二次裂纹进行观察和分析.为了研究试样外表面的晶界氧化损伤区，从左半边试样的外表面上选取距离裂纹源500、3400和8800μm处以及距离主裂纹1800μm这4个位置进行观察，如图1（d）所示.金相和剖面试样需要进行化学浸蚀.需要指出的是，在高温和疲劳载荷作用下CT试样的主裂纹周围发生严重氧化和塑性变形，导致该区域的浸蚀参数与裂纹扩展试验前有明显变化.金相试样的浸蚀剂为1.5 g Cu SO4+10 m L无水乙醇+20m L浓盐酸，浸蚀时间约为120 s；剖面试样的浸蚀剂为0.5 g Cu SO4+10 m L无水乙醇+10 m L浓盐酸，浸蚀时间约为10 s.