夹杂物短疲劳裂纹的产生和早期扩展

根据６种主要的试样取向，在不同应力和应力方的所形成和测定的数据，研究了细长ＭｎＳ夹杂物含量高的Ｅｎ７Ａ钢的短疲劳裂纹的产生和早期扩展行为。短裂纹通常产生基基体和夹杂物之间断开的地方，在体和夹杂物之间是连续的，那么，裂纹有时会在夹杂物中形成，在早期阶段，短裂纹是这夹杂物影响扩展的机制蔓延，在低应力之下，通常产生单一的并在很大程度上，决定疲劳寿命的短裂纹，而在高应力状态下则存在多个裂纹的相互作用。     

镍基高温合金应变疲劳断裂机制研究

应用透射和扫描电镜对镍基高温合金应变疲劳形变结构,损伤过程、裂纹的形成和扩展进行了观察和分析。结果表明:镍基高温合金应变疲劳的形变结构具有平面滑移特性,裂纹沿交叉滑移带形核和扩展。在应变循环下位错仍多以超位错组态运动并切过γ′相。由于反复切割的结果,形成驻留滑移带,通常裂纹在驻留滑移带形核,这就是为什么镍基高温合金具有较低应变疲劳寿命的原因。     

高氮轴承钢高温疲劳性能与裂纹萌生扩展机理

200℃下,40Cr15Mo2VN高氮轴承钢旋转弯曲疲劳性能测试结果表明其安全疲劳极限强度为883MPa,较室温条件下降了17%。通过SEM疲劳断口观察发现,疲劳破坏类型主要为表面缺陷起裂和内部非金属夹杂物起裂。与室温相比,200℃条件下疲劳应力强度因子门槛值ΔKth下降了20%,导致疲劳裂纹起始的临界非金属夹杂物尺寸减小;200℃条件下表面起裂中疲劳源附近细小裂纹的相互作用使得应力强度因子KI增加,加速表面初始裂纹扩展。同时,根据高氮轴承钢中非金属夹杂物所在位置的名义应力幅度与缺陷疲劳极限强度的比值,分析了非金属夹杂物尺寸、位置及温度对疲劳寿命的影响。     

高钴钼不锈轴承钢疲劳裂纹萌生及扩展行为

采用高钴钼不锈轴承钢光滑圆柱形试样和缺口试样(理论应力集中系数K_t=3)进行旋转弯曲疲劳测试,研究了高合金轴承钢的裂纹萌生及裂纹扩展行为。用升降法和成组法分别测得轴承钢的疲劳极限和S-N曲线,利用扫描电镜对轴承钢旋转弯曲疲劳试样断口进行观察。结果表明,光滑试样起裂类型为单源萌生起裂,起裂源为表面缺陷和次表面夹杂物,表面缺陷为表面粗糙度、驻留滑移带和加工凹痕,次表面夹杂物为Al_2O_3-CaO-MgO-SiO_2复合夹杂;缺口试样疲劳极限显著下降,起裂类型为多源萌生起裂,计算得轴承钢的缺口敏感系数q_f为1.18。光滑试样疲劳破坏从以高应力幅粗糙度萌生表面裂纹的破坏向低应力幅驻留滑移带、加工凹痕、夹杂缺陷萌生裂纹转移。疲劳裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命的94.1%以上。     

镁处理对CGHAZ冲击韧性及裂纹扩展的影响

通过镁处理Q345GJ钢引入含镁的复合夹杂物,研究其对大线能量焊接(线能量为100 kJ/cm)粗晶热影响区(CGHAZ)组织和断裂韧性的影响。结果显示,试验钢经镁处理后CGHAZ韧性值明显提高(冲击功由56 J提高到108 J)。主要原因为,镁处理钢在CGHAZ焊接热循环冷却过程中优先形成含镁的复合夹杂物,作为高表面能的惰性基体,其周围形成的贫锰区和高能应变场共同促进针状铁素体(AF)形核,AF体积分数为(82.9±2.0)%,宽度为(0.96±0.1)μm(无镁处理钢对应为(32.4±1.5)%、(3.13±0.2)μm);研究了大线能量焊接后CGHAZ冲击试样中微孔的形成及裂纹扩展,两种试验钢夹杂物附近均存在大量位错,变形过程中位错通过夹杂物时形成位错环堆积引起局部应力集中;当应力积累到无法使相邻晶粒的位错源开启时,不利于滑移取向上的应力达到临界值导致微孔的产生,相邻微孔在外力作用下连接形成裂纹。无镁处理钢CGHAZ区域微孔更为密集,受力后更易形成微裂纹。镁处理钢CGHAZ区域大角度晶界比例为80.2%、几何必要位错密度(GND)为0.806、局部取向差分布值(KAM)为0.91...     

预变形条件下纳观裂纹扩展的微观机制研究

采用晶体相场方法研究预变形条件下样品在单轴拉应变作用下的纳观裂纹扩展行为。通过观察裂纹演化,分析裂纹扩展过程的体系自由能变化、应力-应变曲线、裂纹周长曲线和裂纹面积分数曲线,发现:无预变形的样品,在拉应变作用下,当应变量达到临界值时,在裂口附近萌生出位错,使得应变集中的应变能得到释放。虽然位错伴随着裂尖扩展,没有观察到裂尖发射位错现象,裂纹呈解理扩展模式。预剪切变形为1%和2%的样品,在裂纹扩展的过程,左右裂尖各存在一个位错对,这两个位错沿着各自的滑移面交替滑移,使得裂尖沿着两个滑移方向交替扩展,裂纹呈锯齿状。预剪切变形为3%的样品,在裂口处发射位错,在变形滑移带上诱发生成孤立的空穴串,随后发展成空洞并连通成为主裂纹。在主裂纹之外,还出现空洞萌生二次裂纹,整个裂纹扩展呈韧性扩展模式。预剪切变形量的增加,有助于裂纹由脆性扩展转化成韧性扩展。     

夹杂物对超高强度钢应力应变场的影响

非金属夹杂物对钢性能的影响与夹杂物的特征参数密切相关.首先分析拉伸和疲劳载荷下超高强度钢中TiN夹杂物导致裂纹萌生的扫描电镜原位观察结果,采用MSC Marc有限元分析软件对夹杂物及周围基体的应力场进行计算,然后对拉伸载荷下不同特征参数的TiN夹杂物及周围基体的应力应变场进行模拟.结果表明,有限元法能够解释并预测夹杂物及周围基体的力学行为.三角形夹杂物尖角附近的应力集中最严重.矩形夹杂物内部高应力区的位置受夹杂物与外载荷方向夹角的影响.随邻近夹杂物间距的增大,基体内的最大应力由夹杂物外侧移至夹杂物之间.近表面夹杂物使得基体自由表面附近出现高应力区,基体内最大应力的位置受夹杂物与自由表面距离和尺寸的影响.      

温压Fe-2Cu-0.5Mn-1C烧结材料超声疲劳研究

采用模壁润滑温压制备部分预合金Fe-2Cu-0.5Mn-1C烧结材料,设计材料的弯曲超声疲劳试样尺寸并研究对称弯曲超声疲劳行为,测试了材料在105~108周次下的疲劳性能。结果表明Fe-2Cu-0.5Mn-1C材料弯曲超声疲劳的条件疲劳极限存在,在106,107和108周次下相应的疲劳强度为402 MPa,331 MPa和273 MPa。疲劳裂纹一般在孔隙或夹杂物上萌生。超声疲劳断口的不同区域呈现出不同的特征。高疲劳应力时,裂纹源区位于靠近试样表面的孔隙或夹杂物处;低应力时,裂纹源区移动到材料亚表面或材料内部。裂纹扩展区出现了不规则分布的微观疲劳辉纹形貌,裂纹瞬断区中出现了解理面和韧窝等形貌。     

高强度无取向电工钢疲劳性能及断裂机制

测试了高强无取向电工钢的S-N曲线,并借助光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析了实验钢组织,疲劳断口形貌和位错结构.结果 表明:室温条件下,频率为20 Hz,应力比R为0.1,循环107周次时,实验钢的疲劳强度为360 MPa,疲劳裂纹萌生于实验钢的次表面,裂纹萌生点附近有沿晶开裂现象,疲劳裂纹扩展区域有解理台阶与疲劳条纹,瞬间断裂区是韧性断裂,有大量韧窝.实验钢在循环应力作用下基体中产生了大量位错,并有驻留滑移带终止在晶界位置.     

高温低循环疲劳条件下影响A286高温合金疲劳裂纹转变的因素

大气环境下 ,在 2 5～ 6 5 0℃的温度范围内对含 Nb的 A2 86高温合金进行了连续低温疲劳循环试验 ,研究了在试验温度和所施加应力的范围内疲劳裂纹的转变。由于高温下因晶界处 η相偏析而产生的晶界疲劳裂纹与低循环疲劳过程中施加的应力有关 ,所以对晶界处的偏析是否提供了晶界空穴点 ,从而导致低循环过程中发生晶界裂纹进行了研究。试验结果表明 ,在所施加应力的范围内 ,形成疲劳裂纹的机理发生了变化 ,从穿晶模式变成晶间模式。这种变化导致滑移带冲击到晶界上 ,使应力集中的点产生裂纹高温低循环疲劳条件下影响A286高温合金疲劳裂纹转…     

板条马氏体钢变形与断裂过程的原位观察

 在备有拉伸装置的扫描电镜上,原位观察了低碳板条马氏体钢的变形和断裂过程。结果表明,板条马氏体的变形是以滑移方式进行的,位错沿滑移面的滑移受阻,在试样表面留下呈波纹状的变形带。在应力峰值前后,主裂纹开始起裂;在主裂纹扩展过程中,在主裂纹前面的薄弱区域如夹杂等会先起裂形成小裂纹或空洞,随应力加大相邻的微孔聚合、连接长大成新裂纹;在断裂过程中,裂纹在板条束界发生转折。尽管原奥氏体晶粒尺寸小的试样起裂载荷大,不同晶粒尺寸马氏体组织的变形和断裂过程没有本质差别。     

4Cr5MoSiV1热作模具钢700 ℃的低周疲劳行为

采用轴向应变幅控制的低周疲劳试验研究了总应变幅对4Cr5MoSiV1热作模具钢700 ℃低周疲劳行为的影响,包括循环应力响应行为、循环应力应变行为、循环迟滞回线和应变疲劳寿命行为等。结果表明:随着总应变幅从0.2%增大到0.6%,4Cr5MoSiV1钢在700 ℃时循环应力响应均表现为先循环硬化再循环软化的特性,并且应力幅最大值从220 MPa增大到308 MPa。同时,随着总应变幅的增大,4Cr5MoSiV1钢在700 ℃下的低周疲劳寿命由6750循环周次降低到210循环周次,且其过渡寿命约为1313循环周次。疲劳断口形貌分析结果显示,高温低周疲劳过程中裂纹主要萌生于试样表面处,且随着应变幅增大,裂纹源逐渐增多,疲劳条纹间距变宽,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。透射电镜分析结果显示,循环软化可能与板条结构转变为胞状结构、基体发生位错湮灭、碳化物的析出和粗化有关。      

无镍高氮不锈钢弯曲疲劳裂纹萌生与扩展行为

 采用四点弯曲疲劳试验研究了不同应力水平下无镍高氮不锈钢的疲劳行为,并对材料疲劳裂纹的微观形貌、萌生位置及扩展路径进行了分析。结果表明,试验钢疲劳为多裂纹起裂,随着应力水平的升高,裂纹总长度逐渐增加,当应力水平接近材料屈服极限时,裂纹长度趋于稳定;裂纹大多数在滑移带处萌生,裂纹在扩展过程中产生了扭曲、偏移和分叉现象;裂纹在晶内主要沿单滑移带或多滑移带交替扩展,穿过晶界或孪晶界时大多发生了偏转。     

82A和82B高强钢疲劳性能的试验研究

对某钢厂生产的82A和82B高强钢进行了高周疲劳性能试验研究,得到了这两种钢的疲劳应力-寿命曲线(S-N曲线)及疲劳强度。用扫描电镜对试样的疲劳断口进行了观察。结果显示,对夹杂物进行变性处理后的82A钢的疲劳裂纹大多从表面缺陷处萌生,而夹杂物没有变性处理的82B钢的疲劳裂纹则从非金属夹杂物及表面缺陷处萌生,且从内部非金属夹杂物处萌生的疲劳断口呈"鱼眼"特征。讨论了非金属夹杂物对高强钢疲劳性能的影响。     

NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf-0.012P合金的蠕变性能研究

研究了热等静压态NiAl-28Cr-5．5Mo-0.5Hf-0．012P合金的高温蠕变行为。结果表明：实验合金具有较短的减速蠕变阶段和相当长的稳态蠕变阶段以及很高的蠕变应变；在研究的实验条件范围内，合金的蠕变变形机制为低温高应力下的位错粘滞滑移控制和高温低应力下的位错攀移控制；蠕变后合金的显微组织变化不大，表明蠕变断裂受孔洞及裂纹的形成和扩展所控制，而且蠕变断裂行为符合修正后的Monkman-Grant规律：Intf＋0.775lnε=1.104。     

温度对高钴钼不锈轴承钢高周疲劳性能的影响

为了提高宇航轴承的寿命和可靠性,研究了轴承用高钴钼不锈轴承钢在不同温度下的高周旋转弯曲疲劳性能和失效形式。结果表明,随着温度的升高,试验钢的疲劳极限强度逐渐下降,利用升降法测得25、300、500℃条件下疲劳极限强度分别为927、840、667 MPa,与25℃相比,300、500℃条件下疲劳极限强度分别降低了9.4%、28.0%。25℃时裂纹萌生是由表面沟壑导致的应力集中引起的,当温度上升至300℃时,疲劳试样基体硬度下降,在长时间交变应力作用下出现驻留滑移带,并且由于碳化物析出和长大,加速了表面沟壑萌生裂纹的形成。500℃时基体硬度继续下降,使驻留滑移带更容易产生。在热力耦合作用下,疲劳试样边缘析出碳化物,在长时间热作用下碳化物长大,驻留滑移带内碳化物与位错交互作用,在碳化物边缘上萌生微小裂纹。碳化物的析出和长大加速了疲劳裂纹的扩展。     

低硅含铝TRIP钢断裂机理及其残余奥氏体的稳定性

TRIP钢在原位拉伸过程中应力迫使残余奥氏体向马氏体转变,在此过程中伴随着应力松弛,断裂被延迟。整个变形过程中,试样加载后,先在铁素体内部产生滑移带,滑移带的方向与拉应力的方向约成45°;TRIP钢裂纹源首先在V型缺口与夹杂物处产生,然后扩展并连接,且裂纹的走向经常产生转折,即残余奥氏体转变为马氏体裂纹的尖端被钝化。利用EBSD技术,分析了未变形与断裂后钢板残余奥氏体的分布与稳定性,发现小尺寸和分布在铁素体内部的残余奥氏体比较稳定。     

15Cr14Co12Mo5Ni2齿轮钢的扭转疲劳特性及裂纹扩展行为

 通过扭转疲劳试验,研究了15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳断裂的裂纹扩展行为和夹杂物尺寸与扭转疲劳寿命之间的关系。得到了钢的扭转疲劳极限强度和[τ-N]曲线,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳极限强度为350 MPa,扭转疲劳寿命分散度较大。通过断口观察,发现15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳破坏模式以表面破坏和近表面破坏为主,主要由氧化物夹杂引起。通过计算应力强度因子[ΔK]和裂纹扩展门槛值[ΔKth]分析15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳裂纹扩展的断裂力学条件,试验钢在断裂过程中受载荷情况为,II型载荷—I型载荷—II型载荷—I＋II型载荷,分别对应起裂源区、纤维区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区;当有大裂纹产生时,则不会产生纤维区,受载荷情况则为：II型载荷—I＋II型载荷。通过公式推导和数据拟合得到夹杂物尺寸和15Cr14Co12Mo5Ni2钢扭转疲劳寿命的关系,发现随着夹杂物尺寸减小,钢的[τ-N]曲线向高寿命区移动。当引起裂纹萌生的夹杂物尺寸小于5 μm时,在350 MPa应力下,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳寿命超过107循环周次。     

冷变形对Inconel 690合金力学行为与组织的影响

 本文研究了Inconel 690合金在冷轧变形过程中的组织演变和形变强化规律。结果表明,在15%和20%之间存在一个临界应变εL,小于临界变形量时,加工硬化能力随着变形量的增加递减,真应力-真应变曲线可用Ludwigson模型描述,位错运动主要是单系滑移,加工硬化主要来自位错的长程应力场。临界应变到40%变形量之间,加工硬化能力随着变形量的增加又增强,真应力-真应变曲线也可用Hollomon方程描述,位错运动出现了多滑移和交滑移,加工硬化主要是位错滑移和林位错交割的短程交互作用。     

硫化物对W6Mo5Cr4V2冷轧芯辊疲劳裂纹萌生的影响

硫化物夹杂对疲劳裂纹源萌生的影响有正负二重性.分析了硫化物形状、尺寸、分布和力学性能对高速钢W6Mo5Cr4V2冷轧芯辊疲劳断裂的作用.认为质软硫化物能够对脆性夹杂物起到包裹、缓冲过渡作用,减缓硬脆非金属夹杂物对基体产生的嵌镶应力,阻止疲劳裂纹的萌生.但其对基体的割裂作用依然存在.