基于小裂紋理論的GH4169高溫合金的疲勞全壽命預測

張 麗， 吳學仁

(北京航空材料研究院 航空材料檢測與評價北京市重點實驗室 先進高溫結構材料國防科技重點實驗室，北京100095)

基于斷裂力學研究長裂紋和小裂紋(10 μm ～1 mm)擴展行為時，發現“小裂紋效應”的存在，即在相同的名義應力強度因子范圍ΔK 的作用下，小裂紋的擴展速率高于長裂紋，并且在低于長裂紋擴展門檻值ΔKth的情況下小裂紋仍能擴展［1，2］。“小裂紋效應”已經在試驗中得到證實，尤其在壓縮加載，如負應力比條件下更為明顯。小裂紋和長裂紋擴展行為的差異通常認為是由于疲勞裂紋閉合現象引起的。疲勞裂紋閉合是由于殘留在前進中的裂紋尾跡上的塑性變形引起的。大量的研究［3～7］表明，金屬材料和結構的疲勞裂紋主要起始于材料初始微觀結構缺陷，如加工劃痕、夾雜顆粒、孔洞或滑移損傷等。這使得裂紋起始壽命大大縮短。同時也使得小裂紋沒有能夠導致閉合的尾跡塑性變形的歷史，因此小裂紋的閉合程度不及長裂紋。如果小裂紋是完全張開的，則應力強度因子范圍全部有效，因而裂紋擴展速率將比穩定狀態的裂紋擴展速率大。而長裂紋門檻值是隨著載荷下降時裂紋閉合上升而建立起來的。因此穩定狀態的裂紋擴展行為將可能介于小裂紋與長裂紋門檻行為之間。

自20 世紀80年代中期以來，國內外疲勞斷裂界對小裂紋擴展行為，對經典的S-N 疲勞/耐久性與現代損傷容限之間的聯系，以及利用斷裂力學原理進行疲勞全壽命預測的可行性進行了系統深入的研究。……