Влияние высокой температуры на распространение усталостных трещин в современных легированных материалах

Структура границ зерен изгиба также существенно влияет на усталостные свойства и свойства ползучести, продлевая усталостную долговечность, увеличивая сопротивление ползучести и улучшая пластичность ползучести. Для прецизионных сплавов при 940°C и 215 МПа при стандартной термообработке усталостная долговечность составляет 65 часов, тогда как при обработке границ зерен изгиба она достигает 116,5 часов, что примерно удваивает усталостную долговечность.

Показаны кривые ползучести прецизионных сплавов с изогнутыми границами зерен и прямыми границами зерен при условиях 850 °C и 550 МПа. Показана связь между скоростью ползучести и временем. Очевидно, что по сравнению со стандартной термообработкой изотермическая изгибающая обработка границ зерен увеличивает время до разрушения ползучести, при этом среднее увеличение срока службы до разрушения при ползучести составляет от 22% до 26%, а также повышается пластичность разрушения. Скорость ползучести снижается примерно вдвое. Таким образом, изгибающая обработка границ зерен может одновременно повышать прочность на ползучесть и пластичность. Представлены кривые зависимости скорости ползучести от времени для стандартной термообработки и изотермической изгибающей обработки границ зерен.

Влияние изогнутых границ зерен в прецизионных сплавах на скорость распространения усталостных трещин зависит от частоты испытаний: на высоких частотах эффект минимален, тогда как на низких частотах он значительно снижает скорость распространения усталостных трещин. Влияние изогнутых границ зерен на скорость распространения усталостных трещин в прецизионных сплавах существенно. Для испытаний используются стандартные компактные образцы на растяжение с размерами толщины B = 12 мм и ширины W = 32 мм, с длиной предварительной трещины a0 = 12 мм. Испытания проводятся на гидравлической сервомашине замкнутого цикла с использованием трехзонного резистивного нагрева при температуре испытания 850 °C ± 3 °C с отношением R (Pmin/Pmax) 0,25 с использованием треугольной формы волны. Частоты испытаний составляют 4,2 Гц, 1 Гц и 0,1 Гц соответственно. Измерение трещин выполняется с использованием метода оксидного окрашивания вдоль линий трещин.

При распространении усталостных трещин в прецизионных сплавах влияние изогнутых границ зерен зависит от частоты испытаний. При частоте 4,2 Гц заметного эффекта не наблюдается. Однако при частотах ниже 1 Гц изогнутые границы зерен демонстрируют превосходную устойчивость к распространению усталостных трещин по сравнению со стандартной термообработанной прямозернистой структурой. Металлографическое исследование поверхностей разрушения прецизионных сплавов показывает, что при 4,2 Гц как изогнутые, так и прямые образцы с границами зерен демонстрируют характеристики транскристаллитного разрушения. При 1 Гц усталостные трещины обоих типов демонстрируют смешанный транскристаллитный и межкристаллитный режим. При 0,1 Гц трещины обоих типов являются преимущественно межкристаллитными. Поэтому при испытаниях на распространение усталостных трещин, которые вызывают межкристаллитное разрушение в прецизионных сплавах, изогнутые границы зерен последовательно демонстрируют свое превосходство.