14.3.1  微观织构的影响

对于延性金属材料，影响其疲劳裂纹扩展速率的微观织构因素包括材料的滑移特性、自由滑移长度和循环加载时滑移的可逆性。具有平面滑移特性的合金（例如钛合金中α相的六方密排结构）容易发生应变局部化和反向滑移，从而使得da/dN降低并升高门槛值ΔK_th。晶粒度较小的微观组织（见图14-10a）由于自由滑移长度较小，交滑移倾向增大和滑移可逆性减弱，因此da/dN升高。对于晶粒粗大的魏氏组织（片状组织，如图14-10b所示），其自由滑移长度较大，且容易形成裂纹前缘的不规则，造成裂纹扩展路径曲折并易发生闭合效应，从而有效提高裂纹扩展抗力，降低da/dN。图14-11所示为钛合金粗晶组织和细晶组织的疲劳裂纹扩展性能数据的对比结果。由图14-11可见，粗晶组织的疲劳裂纹扩展抗力优于细晶组织，尤其是在近门槛区更为显著。

图14-10 钛合金的两种微观织构

图14-11 钛合金粗晶组织和细晶组织的疲劳裂纹扩展性能数据的对比结果

目前普遍的认识是，较小的晶粒尺寸能够提高材料的抗疲劳裂纹萌生能力和材料强度；粗晶粒组织则具有良好的抗裂纹扩展能力。这对材料工作者而言，是一个矛盾的选择。当需要优选既能抗裂纹萌生又能抗裂纹扩展的材料微观织构时，就需折中地选择晶粒尺寸，甚至开发具有不同晶粒尺寸的材料组织。