Abstract Two distinct and different unimodal γʹ size distributions have been produced in a disc alloy RR1000 to understand the combined effects of γʹ size (linked to slip character), grain boundary (GB) precipitates/carbides and dwell time on fatigue crack growth (FCG) mechanisms at elevated temperature. The FCG behaviour has been investigated on single edge notched bend samples of both γʹ variants at 650 °C under trapezoidal waveform loading with dwell times of 1 s and 90 s at maximum load. The fine γʹ variant has better FCG resistance for both dwell times, and the difference in FCG rate becomes even more marked with longer dwell time. The coarse γʹ variant exhibits faster and more time dependent FCG behaviour, with more evident intergranular fracture modes and rougher fracture surface than the fine γʹ variant. Intergranular failure modes become dominant with the 90s dwell time in both variants. A more continuous distribution of carbides is seen on the GB in the coarse γʹ variant, which is likely to influence oxidation behaviour on GB and intergranular fracture behaviour. The effects of dwell time and consequent oxidation damage at the crack tip on fatigue behaviour are further investigated by transitioning between cyclic and time dependent regimes to assess the damage zones formed. The results show that an oxidation damage zone contributes to enhanced FCG after switching frequency from cyclic to time dependent regimes while a tortuous crack path is related to crack wake (shielding due to prior crack path tortuosity), resulting in improved FCG resistance.

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γʹ尺寸和碳化物分布对先进镍基高温合金650 oC疲劳裂纹扩展机制的影响

摘要 在圆盘合金 RR1000 中产生了两种截然不同且不同的单峰 γʹ 尺寸分布，以了解 γʹ 尺寸（与滑移特性相关）、晶界 (GB) 析出物/碳化物和停留时间对疲劳裂纹扩展 (FCG) 的综合影响高温下的机理。FCG 行为已在 650 °C 下在梯形波形负载下对两种 γʹ 变体的单边缺口弯曲样品进行了研究，最大负载下的停留时间为 1 秒和 90 秒。精细的 γʹ 变体对两种停留时间都具有更好的 FCG 抗性，并且 FCG 速率的差异随着停留时间的延长而变得更加明显。粗 γʹ 变体比细 γʹ 变体表现出更快和更多的时间依赖性 FCG 行为，具有更明显的晶间断裂模式和更粗糙的断裂表面。在这两种变体中，晶间失效模式在 90 秒的停留时间中占主导地位。在粗 γʹ 变体中的 GB 上可以看到更连续的碳化物分布，这可能会影响 GB 的氧化行为和晶间断裂行为。通过在循环和时间依赖状态之间转换来评估形成的损伤区域，进一步研究了裂纹尖端的停留时间和随后的氧化损伤对疲劳行为的影响。结果表明，氧化损伤区有助于在从循环到时间相关的状态切换频率后增强 FCG，而曲折的裂纹路径与裂纹尾流（由于先前的裂纹路径曲折造成的屏蔽）有关，从而提高了 FCG 的抵抗力。在粗 γʹ 变体中的 GB 上可以看到更连续的碳化物分布，这可能会影响 GB 的氧化行为和晶间断裂行为。通过在循环和时间依赖状态之间转换来评估形成的损伤区域，进一步研究了裂纹尖端的停留时间和随后的氧化损伤对疲劳行为的影响。结果表明，氧化损伤区有助于在频率从循环到时间相关的状态切换后增强 FCG，而曲折的裂纹路径与裂纹尾流（由于先前的裂纹路径曲折造成的屏蔽）有关，从而提高了 FCG 的抗性。在粗 γʹ 变体中的 GB 上可以看到更连续的碳化物分布，这可能会影响 GB 的氧化行为和晶间断裂行为。通过在循环和时间依赖状态之间转换来评估形成的损伤区域，进一步研究了裂纹尖端的停留时间和随后的氧化损伤对疲劳行为的影响。结果表明，氧化损伤区有助于在从循环到时间相关的状态切换频率后增强 FCG，而曲折的裂纹路径与裂纹尾流（由于先前的裂纹路径曲折造成的屏蔽）有关，从而提高了 FCG 的抵抗力。通过在循环和时间依赖状态之间转换来评估形成的损伤区域，进一步研究了裂纹尖端的停留时间和随后的氧化损伤对疲劳行为的影响。结果表明，氧化损伤区有助于在频率从循环到时间相关的状态切换后增强 FCG，而曲折的裂纹路径与裂纹尾流（由于先前的裂纹路径曲折造成的屏蔽）有关，从而提高了 FCG 的抗性。通过在循环和时间依赖状态之间转换来评估形成的损伤区域，进一步研究了裂纹尖端的停留时间和随后的氧化损伤对疲劳行为的影响。结果表明，氧化损伤区有助于在从循环到时间相关的状态切换频率后增强 FCG，而曲折的裂纹路径与裂纹尾流（由于先前的裂纹路径曲折造成的屏蔽）有关，从而提高了 FCG 的抵抗力。