Depth of intergranular oxygen diffusion during environment-dependent fatigue crack growth in alloy 718

The elevated-temperture fatigue crack growth behavior in alloy 718, when subjected to a loading frequency lower than the transitional frequency of this alloy, is viewed as fully environment dependent. In this process, the crack growth increment per loading cycle is assumed to be equal to the intergranular oxygen diffusion depth at the crack tip during the cycle effective oxidation time. In order to identify the trend of this diffusion depth an experimental program was carried out on compact tension specimens made of alloy 718 at 650 °C in which fatigue crack growth measurements were made for cyclic load conditions with and without hold time periods at minimum load level. This work resulted in establishing a relationship correlating the intergranular oxygen diffusion depth and the value of the stress intensity factor range ΔK. This relationship, when integrated over the cycle effective oxidation time, results in a closed-form solution describing the environment-dependent fatigue crack growth rate. A comparison is made between the results of this solution when applied to different loading frequencies and the corresponding experimental results. This comparison shows good agreement between the two sets of results. Furthermore, by combining the parabolic rate law of diffusion and the equation for the intergranular oxygen diffusion depth, an explicit expression for the oxygen diffusivity of grain boundaries is derived. It is found that this diffusivity is both a ΔK- and a frequency-dependent parameter.

عمق نفوذ اکسیژن intergranular در طول رشد ترک خستگی وابسته به محیط، جدول ۳.۵

رفتار رشد ترک ناشی از خستگی ناشی از خستگی، زمانی که در معرض یک فرکانس بار کم‌تر از فرکانس انتقالی این آلیاژ قرار می‌گیرد، به عنوان وابسته به محیط تلقی می‌شود. در این فرآیند، فرض می‌شود که افزایش رشد ترک در هر چرخه بار در نوک ترک در نوک ترک در طول چرخه موثر اکسیداسیون برابر باشد. به منظور شناسایی روند این عمق نفوذ، یک برنامه آزمایشی بر روی نمونه‌های فشار فشرده ساخته‌شده از ۲۵۰ ° C انجام شد که در آن اندازه‌گیری‌های رشد ترک خستگی برای شرایط بار چرخه‌ای با و بدون داشتن دوره‌های زمانی در سطح حداقل بار انجام شد. این کار منجر به ایجاد رابطه‌ای بین عمق نفوذ اکسیژن intergranular و مقدار ضریب شدت تنش در محدوده ضریب شدت تنش شد. این رابطه زمانی که در طول چرخه موثر اکسیداسیون ترکیب می‌شود، منجر به یک راه‌حل شکل بسته می‌شود که نرخ رشد ترک خستگی وابسته به محیط‌زیست را توصیف می‌کند. یک مقایسه بین نتایج این راه‌حل در زمانی که برای فرکانس‌های بارگیری مختلف و نتایج آزمایشی مربوطه اعمال می‌شود، انجام می‌شود. این مقایسه، تطابق خوبی بین دو مجموعه نتایج را نشان می‌دهد. علاوه بر این، با ترکیب قانون نرخ پارابولیک انتشار و معادله برای عمق نفوذ اکسیژن دانه‌ای، بیان صریح برای ضریب نفوذ اکسیژن از مرزه‌ای گندم بدست می‌آید. معلوم شده‌است که این نفوذ هم یک پارامتر وابسته به فرکانس و هم پارامتر وابسته به فرکانس است.