高温合金材料断口组织

高温合金材料断口组织(fractography of superalloy)

高温合金材料的断裂表面组织和形态。断口组织反映出材料的特性和产生故障的原因。断口组织可分为穿晶断口和沿晶断口两大类。

穿晶断口 断裂面以晶内为主，按性质可分为延性特征断口、解理断口、准解理断口、疲劳断口和热疲劳断口等。

延性特征断口试样在断口附近有明显的缩颈现象，断口呈杯锥形或双锥形，有光滑的剪切唇，断口上有与拉伸轴成30^。～45^。的切变带，呈粗糙状和纤维状。显微形貌是断口上分布不少塑坑(又称韧窝、迭波)。这是析出相、夹杂物、位错堆积区等应变不连续部分，从它们内自由表面生成大量的显微空洞。合金化程度较低的高温合金，特别是板材合金，其拉伸断口是延性断口，塑坑的底部往往有一次碳化物等夹杂物。在正应力下得到近似圆形的等轴塑坑；在切变应力下，在断口两个面上的塑坑沿相反方向被拉长。除显微空洞聚集外，在塑性变形初期，由于滑动形变而成为阶梯，阶梯弯曲交叉形成编织物状花样，称为蛇行滑动。

解理断口断裂一般发生在非常有限的宏观变形之后，断口平坦，由连续的平面和一些发光的小平面组成。在微观上，断裂沿某些结晶面发生，在结晶面内有很多裂纹以小角度呈放射状在不同的平面上传播，形似河流，称为河流状花样。有些在非基面上有些小范围的局部脱开区，取向彼此平行的%26ldquo;舌头%26rdquo;，称舌状花样。

准解理断口具有解理断口特征，但伴随着局部区域的塑性变形和与之相关联的撕裂棱，断裂的起源点在解理面内，而解理断口的河流状花样起源点通常在晶界上。

疲劳断口宏观特征上有较光滑的疲劳起始区、发展区和十分粗糙的终断区。在高倍放大时能观察到平行条纹，这是因为在反复载荷下裂纹端部的狭小区域内产生塑性变形，形成新断口，周而复始地向前发展的结果。高温合金制作的航空发动机动部件如涡轮叶片、涡轮盘等失效后，在其断面上往往能发现疲劳断口。

热疲劳断口由于温度变化时的热应力造成。断口特征与机械疲劳断口相似，也具有平行条纹的特征，但一般没有明显的疲劳棱线和弧线。热疲劳裂纹往往不是单条而是多条出现。热疲劳断裂也存在由低温穿晶断裂向高温沿晶断裂的转变，GH4037合金(中国)的转变温度为900℃。

沿晶断口由于晶界分离引起的断裂，断口有许多曲折的小平面组成。沿晶断口属于脆性断口之一。在等强温度以上，晶界的强度明显低于晶内强度，往往产生沿晶断裂。高温合金高温下的蠕变、持久和拉伸断口大多呈沿晶断口。高合金化的GH220合金(中国)即使室温拉伸试验时，断口也是沿晶的。如果沿晶断口呈冰糖块状花样，则材料很脆。如果沿晶面上存在一些塑坑，则材料有一定的塑性。GH220合金经镁微合金化(见高温合金晶界强化)后，沿晶面上出现了塑坑，合金的塑性有较明显的提高。应力腐蚀裂纹造成的断口也是一种沿晶断口，断口呈深灰色，有明显的腐蚀产物。在显微镜下，沿晶断面上布满腐蚀产物，呈泥纹花样。GH2036合金(中国)制造的涡轮盘和封严盘上曾发现过这种断口。

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