Ảnh hưởng của kích thước hạt đến sự hình thành vết nứt mỏi
Vìhợp kim dựa trên niken - hạt mịn -, số lượng ranh giới hạt trên một đơn vị thể tích tăng lên đáng kể. Ranh giới hạt hoạt động nhưrào cản hiệu quả đối với phong trào trật khớp: khi tác dụng ứng suất tuần hoàn, các sai lệch tích tụ ở ranh giới hạt thay vì hình thành các dải trượt tỷ lệ - lớn (là nguyên nhân chính gây ra vết nứt mỏi). Trong khi đó, các hạt mịn có thể phân tán sự tập trung ứng suất cục bộ, làm giảm khả năng tạo mầm vết nứt và do đó cải thiện khả nănggiới hạn mỏiVàkhả năng chống mỏi chu kỳ (HCF) - caocủa hợp kim.
Vìhợp kim dựa trên niken - hạt thô -, số lượng ranh giới hạt nhỏ dẫn đến dễ dàng hình thành các dải trượt liên tục bên trong hạt dưới tải trọng theo chu kỳ. Các dải trượt này sẽ gây ra biến dạng dẻo và nứt - vi mô trên bề mặt hợp kim, đẩy nhanh quá trình hình thành vết nứt mỏi. Kết quả là, các hợp kim hạt thô - thường thể hiện độ bền mỏi chu kỳ - cao thấp hơn.
Ở giai đoạn I, đối với các hợp kim hạt mịn -, các vết nứt cần liên tục thay đổi đường truyền khi vượt qua nhiều ranh giới hạt, điều này tiêu tốn một lượng lớn năng lượng đứt gãy và làm chậm tốc độ lan truyền. Đối với các hợp kim có hạt - thô, các vết nứt có thể lan truyền dọc theo hướng trượt bên trong các hạt lớn có lực cản nhỏ hơn, dẫn đến sự lan truyền nhanh hơn.
Ở giai đoạn II, sự lan truyền của vết nứt mỏi bị chi phối bởi hệ số cường độ ứng suất. Lúc này, ảnh hưởng của kích thước hạt bị suy yếu nhưng hạt mịn vẫn có ưu điểm nhất định trong việc làm chậm quá trình lan truyền vết nứt so với hạt thô. Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ, tỷ lệ ranh giới hạt tăng lên, điều này có thể dẫn đến độ giòn giữa các hạt trong điều kiện ứng suất nhất định và bù đắp một phần cho việc cải thiện hiệu suất mỏi.
Hợp kim hạt mịn - dễ bịtrượt ranh giới hạtở nhiệt độ cao, làm tăng tốc độ hư hỏng do mỏi.
Hợp kim hạt - thô vừa phải có khả năng chống trượt ranh giới hạt tốt hơn, do đó hiệu suất mỏi chu kỳ - thấp của chúng sẽ vượt trội so với hợp kim hạt mịn - trong trường hợp này.
Đối với các bộ phận chịu ứng suất - thấp và độ mỏi chu trình - cao (ví dụ: các bộ phận kết cấu của tuabin khí), acấu trúc hạt mịn -(cỡ hạt 6–8) được ưu tiên để tối đa hóa giới hạn mỏi.
Đối với các bộ phận chịu nhiệt độ - cao và độ mỏi chu kỳ - thấp (ví dụ: cánh tuabin),cấu trúc hạt - thô vừa phải(cỡ hạt cấp 2–4) phù hợp hơn để cân bằng độ bền nhiệt độ - cao và khả năng chống lan truyền vết nứt mỏi.
