УДК 539.422.33, 548.4, 620.192.43

DOI 10.24411/1683-805X-2019-14007

 

Гранулируемые никелевые сплавы применяются для изготовления дисков турбин современных газотурбинных двигателей. При испытании образцов на малоцикловую усталость в условиях, близких к рабочим, возможно образование трещин от внутренних дефектов. После испытания образцы исследовались методом рентгеновской томографии, определялось расположение трещин в образце. Затем производилось вскрытие трещины и ее исследование методами электронной микроскопии и микроанализа. Обнаружены морфологические различия поверхности трещин, сформированных без доступа атмосферы и при ее наличии. Установлено, что на первой стадии усталостного роста трещины без доступа атмосферы, до формирования усталостных бороздок образуются разориентированные нанозерна, которые не отличаются по химическому составу от основного сплава. На основании экспериментальных результатов предложена модель формирования трещины в условиях без доступа воздуха. Модель учитывает, что в области трещины не образуется окисная пленка, и во время усталостных испытаний допускает «холодную сварку» в момент разгрузки и закрытия трещины, что приводит к образованию дислокаций одного знака. После определенного количества циклов формируются нанозерна с большой разориентацией, которая приводит к продолжению распространения трещины по ослабленным границам нанокристаллов. Таким образом без доступа воздуха осуществляется межнанозеренный механизм разрушения.

Ключевые слова: никелевый сплав, электронная микроскопия, рентгеновская томография, межзеренное разрушение

 

Growth mechanism of a subsurface fatigue crack in EP741NP nickel alloy

Granular nickel alloys are used for the manufacture of turbine disks of modern gas turbine engines. Low-cycle fatigue tests simulating the engine operating conditions may lead to the initiation of cracks from internal defects in specimens. In this paper, fatigue test specimens were examined by X-ray tomography to determine the location of cracks. Then the specimens were cut to examine cracks by electron microscopy, which revealed morphological differences in the surface of cracks formed with and without air access. At the first stage of fatigue crack growth in the absence of air, prior to the appearance of fatigue striations, misoriented nanograins are formed which have the chemical composition similar to that of the main alloy. Based on these results, a model of crack initiation in the absence of air was proposed. The model assumes that an oxide film does not form in the crack region, and therefore "cold welding" may occur during fatigue test at the time of load removal and crack closure, leading to the formation of dislocations of one sign. After a certain number of cycles, highly misoriented nanograins are formed, due to which the crack continues to grow along weakened nanograin boundaries. Thus, a nanoscale intergranular fracture mechanism is observed in the absence of air.

Keywords: nickel alloy, electron microscopy, X-ray tomography, intergranular fracture

 

 

 

М.А. Артамонов, И.Н. Трунькин, А.Ю. Рашковский, А.Л. Васильев, П.Р. Казанский, А.В. Овчаров, В.Я. Шкловер  Исследование механизма усталостного роста подповерхностной трещины в образце никелевого сплава ЭП741НП // Физ. мезомех. - 2019. - Т. 22. - № 4. - С. 64-74