اثر اندازه دانه بر شروع ترک خستگی
برایآلیاژهای پایه نیکل دانه ریز - -، تعداد مرز دانه ها در واحد حجم به طور قابل توجهی افزایش می یابد. مرزهای دانه به عنوان عمل می کنندموانع موثر برای حرکت دررفتگی: هنگامی که تنش چرخه ای اعمال می شود، نابجایی ها به جای تشکیل نوارهای لغزش در مقیاس بزرگ - (که منابع اصلی شروع ترک خستگی هستند) در مرزهای دانه جمع می شوند. در همین حال، دانههای ریز میتوانند غلظت تنش موضعی را پراکنده کنند و احتمال هستهزایی ترک را کاهش داده و در نتیجه باعث بهبود عملکرد میشوند.حد خستگیومقاومت در برابر خستگی چرخه (HCF) بالااز آلیاژ.
برایآلیاژهای پایه نیکل دانه درشت - -تعداد کم مرز دانه ها منجر به تشکیل آسان نوارهای لغزش پیوسته در داخل دانه ها تحت بارگذاری چرخه ای می شود. این نوارهای لغزشی باعث تغییر شکل پلاستیک و ترکهای میکرو - روی سطح آلیاژ میشوند و شروع ترک خستگی را تسریع میکنند. در نتیجه، آلیاژهای دانهدار درشت - معمولاً قدرت خستگی پایینتری از خود نشان میدهند.
در مرحله I، برای آلیاژهای دانه دانه ریز -، ترک ها باید به طور مداوم مسیرهای انتشار را هنگام عبور از مرزهای دانه های متعدد تغییر دهند، که مقدار زیادی انرژی شکست را مصرف می کند و سرعت انتشار را کاهش می دهد. برای آلیاژهای دانهدار درشت -، ترکها میتوانند در جهت لغزش در داخل دانههای بزرگ با مقاومت کمتر منتشر شوند که منجر به انتشار سریعتر میشود.
در مرحله دوم، انتشار ترکهای خستگی تحت تأثیر عامل شدت تنش است. در این زمان، تأثیر اندازه دانه ضعیف می شود، اما دانه های ریز هنوز مزیت خاصی در کاهش سرعت انتشار ترک در مقایسه با دانه های درشت دارند. با این حال، اگر اندازه دانه خیلی کوچک باشد، نسبت مرزهای دانه افزایش مییابد، که ممکن است منجر به شکنندگی بین دانهای تحت شرایط تنش خاص شود و بخشی از بهبود عملکرد خستگی را جبران کند.
آلیاژهای دانه ریز - مستعد ابتلا هستندلغزش مرز دانهدر دماهای بالا، که شکست خستگی را تسریع می کند.
آلیاژهای دانه دار نسبتاً درشت - مقاومت بهتری در برابر لغزش مرز دانه دارند، بنابراین عملکرد خستگی چرخه پایین - آنها نسبت به آلیاژهای دانه دانه ریز - در این سناریو برتر است.
برای قطعاتی که تحت فشار کم - و خستگی چرخه - زیاد قرار دارند (مثلاً بخشهای ساختاری توربینهای گاز)،ساختار دانه بندی ظریف -(اندازه دانه درجه 6-8) برای به حداکثر رساندن حد خستگی ترجیح داده می شود.
برای قطعاتی که در معرض دمای بالا - و خستگی چرخه پایین - قرار دارند (به عنوان مثال، پره های توربین)، یکساختار دانه دار نسبتاً درشت -(دانه درجه 2-4) برای متعادل کردن مقاومت دمایی بالا - و مقاومت در برابر انتشار ترک مناسب تر است.
