高温合金由于其优良的力学性能被广泛的应用于航空、航天、舰船、车辆、工业燃气轮机及其他工业部门。高温合金通常被用来制造航空发动机、航天飞机主发动机、柴油机和内燃机增压涡轮、烟气轮机、冶金轧钢加热炉垫块、内燃机排气阀座等需承受疲劳载荷的热端部件。本文以应用最为广泛的镍基高温合金为研究对象,分析了各种因素影响下的恒幅载荷疲劳裂纹扩展实验得到的相关数据。对于疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子范围ΔK的关系,国内外的研究人员提出了许多相关的模型。本文采用了应用广泛的Paris公式、Walker公式和修正Paris公式,针对20余种镍基高温合金的疲劳裂纹扩展试验数据,进行合金疲劳裂纹扩展理论与模型应用研究。主要研究内容和结论如下:1.本文首先简明介绍金属疲劳裂纹扩展问题的研究背景、研究历程以及当下研究与发展镍基高温合金的状况,接着对疲劳裂纹扩展模型研究的进展、疲劳裂纹扩展理论与数值模拟的研究进展做了概述。2.本文广泛采集不同温度、应力比、加载频率、环境因素和试件几何尺寸等实验条件下镍基高温合金疲劳裂纹扩展试验数据。关于试验数据的对比研究表明,服役温度对高温合金疲劳裂纹扩展速率da/dN数值影响最大,一般高温可以使镍基高温合金的da/dN数值提高一个数量级;应力比、加载频率、环境因素对da/dN数值影响也比较明显,而试件厚度及其他几何尺寸因素对da/dN数值影响相对难以观察到。在所研究镍含量范围之内的镍基高温合金,镍含量的变化对镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率da/dN数值无显著影响,而合金热处理工艺对其有显著影响。3.分别利用Paris公式、Walker公式和修正Paris公式,对镍基高温合金疲劳裂纹扩展试验数据进行回归分析,结果表明对应不同温度、应力比、加载频率、环境因素和试件几何尺寸,疲劳裂纹扩展模型中的材料常数在一定范围内变化。并且,这些变化在不同的影响因素的作用下有各自的规律。疲劳裂纹扩展理论模型的选取,对于材料常数的影响不大,但对于理论疲劳裂纹扩展速率数值有较大影响。并且,在利用Paris公式进行分析时,采用不同的数值方法对材料常数的取值有较大影响。4.模型理论计算与试验数据的比较表明,Paris公式拟合精度与试验数据本身的离散性相关;Walker公式适用于描述镍基高温合金的疲劳裂纹扩展行为,且Walker公式中的三个材料参数的取值在一定范围之内,温度对材料参数的影响有一定规律可循;本文所采用的修正Paris公式,对于高温条件下的镍基高温合金,在低应力强度因子范围区的疲劳裂纹扩展速率预测具有很高精度,而在高应力强度因子范围区其理论预测值偏低。通过总结各个模型的研究,本文提出的统一Paris修正公式可以在有较多实验样本的情况下,比较精确的预测镍基高温合金疲劳裂纹扩展行为。