Cr-Ni合金钢损伤容限的失效机制评估：应力-裂纹-寿命协同作用与渗碳影响

本研究针对Cr-Ni合金钢在超高周疲劳中的损伤容限问题，通过R=-1和0条件下的疲劳试验，揭示了渗碳处理与微观结构对失效机制的影响。研究人员构建了基于应力集中统计理论的损伤容限评估(DTA)模型和多参数Kitagawa-Takahashi图(K-T图)，发现渗碳层残余应力会抑制裂纹在近表层形核，使内部裂纹萌生更深。该研究为工程应用提供了关键理论支撑，其DTA模型显著提升了临界尺寸预测精度，FGA相关的多参数K-T图则使安全区更保守。

　　

这项研究深入解析了两种Cr-Ni合金钢(含表面渗碳变体)的超高周疲劳行为。通过R=-1和R=0的疲劳测试发现：渗碳处理虽不会改变S-N曲线特征(在R=-1时呈单线性，R=0时呈双线性)，但会显著影响细晶区(FGA)的形成。有趣的是，渗碳层产生的残余应力如同"隐形卫士"，能有效阻止裂纹在近表层形核，迫使裂纹在材料更深处萌生。

研究团队创新性地构建了损伤容限评估(DTA)模型和多参数Kitagawa-Takahashi图(K-T图)，这两个工具就像"材料失效的GPS导航系统"，通过应力集中统计理论，协同考量渗碳效应和应力-裂纹-寿命的交互作用。其中DTA模型对临界尺寸的预测精度显著提升，而针对含FGA的内部失效的多参数K-T图则独具特色——不仅包含与FGA形成对应的裂纹停滞区，还使安全区域更加保守，堪称"材料安全使用的智能警戒线"。

这些发现为工程应用提供了重要指导，特别是在需要精确评估材料损伤容限的关键部件设计中。渗碳处理对裂纹萌生位置的调控机制，以及新建模型的预测能力，都为开发更可靠的Cr-Ni合金钢构件开辟了新思路。