蠕變-疲勞失效是金屬材料失效分析中常見的原因之一。很多金屬材料制成的構件由于制造工藝的限制，可能在使用之前就已經存在著裂紋或其它缺陷，當這些構件服役以后，在一定的高溫或載荷條件下，其應力集中的部位也很可能會有裂紋萌生，從而產生質量安全事故。因此，對金屬材料進行蠕變裂紋擴展試驗、蠕變-疲勞裂紋擴展試驗，可以幫助我們準確的評價其構件的安全性及可靠性，并且在一定程度上，進行產品壽命的評估。

蠕變裂紋擴展試驗一般是在規定的溫度下，沿預制裂紋試樣加載線方向施加恒定載荷并保持一定時間，獲得裂紋長度隨時間的變化曲線、位移隨時間的變化曲線。經過數據處理，得出裂紋起裂時間、蠕變裂紋擴展速率da/dt和裂紋**參量K或C*（Ct或C*(t)）的關系。對于蠕變脆性材料，采用K或Ct關聯裂紋擴展速率；對于蠕變延性材料，采用裂紋**參量C*（C*(t)或Ct）關聯裂紋擴展速率。C*(t)僅適用于大范圍蠕變情況。Ct適用于小范圍蠕變情況，當試樣韌帶進入大范圍蠕變條件，Ct與C*(t)等同。

蠕變-疲勞裂紋擴展試驗 一般是在規定的溫度下，沿預制裂紋試樣加載線方向施加具有一定保載時間的循環載荷，獲得裂紋長度隨時間的變化曲線、裂紋長度隨循環周次的變化曲線、位移隨時間的變化曲線、位移隨循環周次的變化曲線。對于蠕變脆性材料，得出裂紋擴展速率da/dN與循環應力強度因子ΔK的關系，該結果與加載條件強相關，應標明加載、卸載速率及保載時間。對于蠕變延性材料，獲得的裂紋擴展速率可分為疲勞裂紋擴展速率（即為無保載的疲勞裂紋擴展速率）和疲勞影響下的蠕變裂紋擴展速率（即為時間相關的平均裂紋擴展速率）兩部分。得出的時間相關的平均裂紋擴展速率(da/dt)avg與裂紋**斷裂參量平均值(Ct)avg具有較好的關聯關系。

時間相關的平均裂紋擴展速率(da/dt)avg為測試獲得的單個循環內裂紋擴展量扣除無保載的疲勞裂紋擴展量除以單個循環保載時間。無保載的疲勞裂紋擴展數據可參考GB/T 6398測試獲得，試驗時為避免引入蠕變的影響，應盡量快的對試樣進行加載和卸載。可開展不同頻率的疲勞裂紋擴展試驗，以確定合適的加載和卸載時間。

影響因素分析

1.加載方式的確定

加載方式對裂紋擴展測試的結果會有影響，因此對加載方式進行確定。蠕變裂紋擴展測試的加載方式有恒力加載、恒位移和恒位移速率加載三種，推薦采用恒力加載。恒位移和恒位移速率加載僅適用于*脆的材料，按這兩種方式加載時，其測試結果宜與恒力加載的測試結果比對，以保證分析結果的可信度。蠕變-疲勞裂紋擴展測試中存在時間相關的沿晶蠕變和循環相關的穿晶疲勞兩種類型的裂紋擴展機制。二者的交互作用很復雜，并且與材料、外加載荷頻率、載荷譜類型相關。在制定測試計劃時，在試驗周期允許的條件下，推薦選取與服役工況類似的加載頻率和波形。

2.試樣的選取

試樣的形狀尺寸和精度對試驗的結果準確性至關重要，因此我們需要嚴格對試樣的幾何尺寸進行統一要求。試樣的具體尺寸還需進行預試驗，根據試驗有效性分析結果進一步確定。對于高溫延性好的材料，預試驗尤為重要。試樣形式可以為緊湊拉伸試樣、C型拉伸試樣、單邊缺口拉伸試樣、單邊缺口彎曲試樣、雙邊缺口拉伸試樣或中心缺口拉伸試樣。

3.測試周期

試驗的測試周期對試驗結果的有效性至關重要，因此，對于蠕變裂紋擴展試驗，試驗時間應大于1000 h。對于研究性的試驗，對試驗時間不做要求。試驗時間在5000——10000 h，可以降低裂尖塑性，使裂紋穩態開裂。對于蠕變-疲勞裂紋擴展試驗，應根據測試材料和測試溫度確定加載速率、*大載荷、保載時間，以保證有明顯的蠕變-疲勞交互的裂紋擴展。蠕變-疲勞交互作用較為復雜，不同溫度、加載條件下，可能不會發生明顯的交互作用，表現為蠕變裂紋擴展或疲勞裂紋擴展，故應認真選取試驗條件。試驗條件的選取可參考蠕變-疲勞試驗結果，并考慮多軸應力的影響。

4.數據記錄

數據記錄關系到試驗結果的規范性，對于蠕變裂紋擴展試驗需要通過數據化記錄儀實時記錄裂紋尺寸、載荷、位移隨時間的變化曲線。這些數據用于建立裂紋擴展速率與C*，Ct或者K的聯系。對于蠕變-疲勞裂紋擴展試驗可通過數據化記錄儀實時記錄裂紋尺寸、載荷、位移、溫度隨時間及循環周的變化曲線。這些數據用于建立裂紋擴展速率與(Ct)avg或者K的聯系。

5.*小試驗頻次

試驗頻次關乎到試驗結果的有效性。對于蠕變裂紋擴展試驗，其數據通常存在一定的分散性。這就要求進行多次測試以增加測試結果的可信度。一般而言，推薦在不同載荷下至少開展5次測試，測試數據間應有數據重疊。除去測試、數據處理等因素的影響，如果蠕變裂紋擴展數據的分散性增加，應增加試驗頻次。對于蠕變-疲勞裂紋擴展試驗，本文意在為試驗的開展提供指導，為材料研發、機械設計、過程質量控制等領域服務。因此，至少需要2個試驗進行測試，且獲得的裂紋擴展速率數據應有重疊。根據實際情況的不同可適當加減*小試驗頻次。此外，重復測試雖不是強制性的，但宜考慮增加試驗頻次以提高數據的可信度。

6.測試數據關聯參量

在數據的處理上，測試數據關聯參量對其有重要的影響。蠕變裂紋擴展速率的關聯參量有K、C*t)及Ct。關聯參量的選取取決于材料的蠕變性能、試樣類型及其尺寸。對于蠕變延性材料，推薦采用Ct或C*(t)（統稱為C*）。對蠕變脆性材料，推薦采用Ct或K。對焊接接頭試樣（試樣上同時存在多種不同性能金屬材料的情況）進行蠕變裂紋擴展速率測試時，應對斷裂參量進行修正。蠕變-疲勞裂紋擴展速率的關聯參量有ΔK及(Ct)avg。對于蠕變脆性材料，蠕變-疲勞裂紋擴展速率da/dN與應力強度因子范圍ΔK相關聯。對于蠕變延性材料，時間相關的平均裂紋擴展速率(da/dt)avg與Ct參數的平均值((Ct)avg)相關聯。相關研究顯示，對于蠕變斷裂延性在10%及以上的材料而言，(da/dt)avg與(Ct)avg的關聯與保載時間無關。特殊情況下需要測試獲得蠕變-疲勞小裂紋擴展速率。

7.試驗設備

試驗設備是保證試驗數據的準確性和可靠性的重要內容。試驗設備一般包括試驗機、加載裝置、加熱裝置和溫度測量系統、位移測量裝置、裂紋長度測量系統。

總結：我們在分析金屬材料的蠕變-疲勞失效時，可以做蠕變裂紋擴展試驗，蠕變-疲勞裂紋擴展試驗 ，同時必須要注意到影響試驗結果的七大因素，盡量滿足這七大因素的要求。目前，航空發動機、燃氣輪機、四代核電等高溫裝備都呈現出更高溫度、更長服役時間的發展趨勢，這就使得蠕變-疲勞失效與預防控制問題更加凸顯。但我國在耐高溫特種合金領域與發達國家相比仍有較大的差距。所以在此類金屬材料開發時，需要評價其高溫下的長時斷裂性能。在設計及服役時，為得到準確的壽命評估價結果，必需要得到公認的蠕變-疲勞裂紋擴展性能數據。