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引文格式：
Bartošák M, Horváth J, Gálíková M, et al. High-temperature low-cycle fatigue and fatigue–creep behaviour of Inconel 718 superalloy: Damage and deformation mechanisms[J]. International Journal of Fatigue, 2024, 186: 108369.
Bartošák, Michal, et al. "High-temperature low-cycle fatigue and fatigue–creep behaviour of Inconel 718 superalloy: Damage and deformation mechanisms." International Journal of Fatigue 186 (2024): 108369.
Bartošák, M., Horváth, J., Gálíková, M., Slaný, M., & Šulák, I. (2024). High-temperature low-cycle fatigue and fatigue–creep behaviour of Inconel 718 superalloy: Damage and deformation mechanisms. International Journal of Fatigue, 186, 108369.
背景简介
镍基高温合金Inconel 718因其优异的抗氧化和蠕变性能而广泛用于各种高温部件，这些部件通常在低于650℃的温度下工作。然而，火箭发动机或喷气发动机中的燃气涡轮盘的工作温度可能超过700℃，高温部件经历可变的操作条件，包括启动、关闭、部分负载和满载阶段。低周疲劳（LCF）通常在启动和关闭阶段发生，而在加载期间可能发生应力松弛或蠕变，这将导致部件寿命的进一步缩短。因此，深入了解这些部件的高温行为对于确保其可靠性、安全性和长期运行尤为重要。
本文研究了Inconel 718在650℃和730℃的沉淀硬化条件下的高温LCF和疲劳-蠕变（LCFC）行为，提供了Inconel 718的综合试验结果数据集，包括对各种载荷条件下的微观结构、损伤和变形机理的研究。扫描透射电子显微镜用于研究变形机理和微观结构，而电子显微镜用于分析失效模式和损伤机理，然后对试验结果进行分析，研究温度和保载时间对疲劳寿命的影响。
成果介绍
（1）如图1所示，在所有试验条件下均观察到循环软化现象，循环软化最初表现为快速的非线性趋势，随后呈较慢的渐进趋势。平均应力在LCFC试验中随应变保载的方向而相反变化，且在730°C的LCFC试验中，平均应力的变化幅度更大。LCF试验中观察到的疲劳寿命随应变幅的增加和温度的升高而降低。与650℃的LCF试样相比，LCFC试样的疲劳寿命更低。在730℃的试验中，压应变保载的LCFC试样的疲劳寿命比同样条件下无保载的试样更低，而拉应变保载的LCFC试样的疲劳寿命则更高。
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图1 在650℃ (a)和730℃ (b)下进行的LCF试验中，最小、平均和最大应力随循环次数的变化；在650℃下进行的(c)拉应变tht 和(d)压应变thc LCFC试验；在730℃下使用(e)拉应变和(f)压应变保载进行的LCFC试验
（2）所选试样的断裂面如图2、3所示，在所有研究的载荷条件下，主要的失效模式是晶间断裂。在650℃和730℃压应变保载的LCFC试验中，穿晶氧化物侵入体引起了多个裂纹萌生。此外，在730℃的LCFC试验中，亚稳γ’’相转变为稳定的δ相，在拉应变保载的情况下观察到更高比例的δ相。在730℃的LCFC加载后发现蠕变孔洞，与压应变保载相比，拉应变保载情况下的蠕变孔洞数量更高。相反，在连续LCF试验（650℃和730℃下）和650℃下的LCFC试验中，没有观察到蠕变孔洞和显著的δ相沉淀。
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图2 (a) 650℃、εa=6×10-3和(b) 730℃、εa=4×10-3的LCF试样的断裂面；(c) 650℃、εa=5×10-3拉应变保载和(d)压应变保载的LCFC试样的断裂面；(e) 730℃、εa=4×10-3拉应变保载和(f) εa=3.5×10-3压应变保载的LCFC试样的断裂面；箭头表示试样表面的主要裂纹萌生
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图3 LCF试样断裂面详细视图：(a) 650℃、εa=6×10-3和(b) 730℃、εa=4×10-3；LCFC试样断裂面详细视图：(c) 650℃、εa=5×10-3拉应变和(d)压应变保载；(e) 730℃、εa=4×10-3拉应变保载和(f) εa=3.5×10-3压应变保载
（3）在650℃下应变保载的LCF和LCFC载荷都产生了富含位错的驻留滑移带（PSB），很薄且平行于{111}面，偶尔伴有变形纳米孪晶，如图4所示。观察到的循环软化与沉淀物剪切和PSB的形成有关。在650℃拉应变保载的LCFC试验中，PSB内的椭圆颗粒被鉴定为δ相核，而在压应变保载的情况下，观察到变形纳米孪晶，偶尔也会出现PSB。在730℃的LCFC试验中，与压应变保载相比，在拉应变保载的循环过程中观察到δ相增长的趋势更高，而无论是拉应变还是压应变，大量的δ相沉淀和γ’/γ’’相沉淀的粗化都会导致额外的软化，随着试验时间的延长，软化程度会增加。
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图4 STEM图显示的微观结构退化，(a), (b) ：650℃、εa=6×10-3的LCF试样；(c), (d)：650℃、εa=5×10-3拉应变保载的LCFC试样；(e), (f)：650℃、εa=5×10-3压应变保载的LCFC试样
（4）Inconel 718在LCF和LCFC试验中的循环应力-应变曲线如图5（a）和（b）所示。使用Manson-Coffin-Basquin模型描述的应变-寿命曲线如图5（c）和（d）所示，使用Manson-Coffin模型绘制的塑性应变-寿命曲线如图5（e）和（f）所示。在650℃压应变保载的LCFC试验中，与拉应变保载的试样相比，较高应变范围的寿命更高。在730℃下，与LCF试验相比，压应变保载的LCFC试样的寿命降低，这归因于氧化引起的裂纹和拉伸平均应力。相反，在具有拉应变保载的LCFC试验中，730℃下观察到的寿命高于LCF试样，这种增加主要归因于显著的压缩平均应力。
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图5 (a), (b)：650℃和730℃下的LCF和LCFC试验的循环应力-应变曲线；(c), (d)：650℃和730℃下的LCF和LCFC试验的Manson-Coffin-Basquin应变-寿命图；(e), (f)：650℃和730℃下的LCF和LCFC试验的Manson-Coffin塑性应变幅度-寿命图；循环应力-应变和疲劳曲线都是在寿命中期确定的
致谢
作者感谢捷克科学基金会（Czechia）21-06645S号拨款的支持，以及感谢由Johannes Amos Comenius计划资助的“生物和生物启发系统的机械工程”项目的支持（项目编号：CZ.02.01.01/01/00/22_008/0004634）。本文第一作者、通讯作者：Michal Bartošák（ Czech Technical University in Prague）。
本期小编： 姚辰霖（整理）
闵 琳（校对）
舒 阳（审核）
王永杰（发布）
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