S135钻杆钢的拉扭复合加载疲劳行为

采用疲劳实验和回归分析相结合的方法,研究了S135钻杆钢在拉扭复合加载条件下的疲劳行为,并对疲劳断口进行了微观分析。结果表明:当τa/σeq=0.7时,由拉扭应力幅对应的当量应力表示的疲劳寿命公式可很好地描述S135钻杆钢的拉扭疲劳寿命规律;疲劳断口由疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速瞬断区组成,疲劳裂纹从试样表面萌生,并向试样内部扩展,且常为多疲劳源,不同疲劳源断口的连接和复合加载形成所谓的"屋脊"状特征;拉扭疲劳断裂试样裂纹源区的微观断口特征为明显的河流花样,裂纹扩展区的微观断口特征为疲劳条带与涟波状花样。     

2219铝合金TIG和FSW接头力学及疲劳性能

目的 研究钨极氩弧焊(TIG)和搅拌摩擦焊(FSW)对2219铝合金(母材)力学及疲劳性能的影响。方法 通过拉伸试验,得到了母材、TIG和FSW接头的抗拉强度和伸长率;通过疲劳性能试验测试了母材、TIG和FSW接头在不同应力下相应的疲劳寿命,根据疲劳试验结果绘制了其试样的S-N曲线;使用扫描电子显微镜观察并分析了疲劳断口的形貌特征。结果 未焊接的铝合金母材抗拉强度和伸长率最高,分别为506 MPa和15.92%;TIG接头抗拉强度和伸长率分别为330 MPa和7.65%,FSW接头抗拉强度和伸长率分别为310 MPa和8.74%。母材、TIG和FSW接头等3种疲劳试样在2×10⁶次循环下的疲劳强度分别为129、108、115 MPa,其疲劳断口均可分为裂纹源区、裂纹扩展区和瞬间断裂区,疲劳裂纹分别起始于试样表面的局部变形区、第二相夹杂物和“吻接”缺陷。疲劳裂纹扩展区的主要形貌为疲劳辉纹和二次裂纹,瞬间断裂区以脆性断裂为主。结论 TIG和FSW等2种焊接工艺均导致了2219铝合金的强度、塑韧性和疲劳性能降低,其接头表面的第二相夹杂物和“吻接”缺陷促进了疲劳裂纹的萌生。     

温度和应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展规律的影响及其机理

针对7475-T761航空铝合金中心开裂(MT)试样进行了不同温度、不同应力比条件下的一系列疲劳裂纹扩展试验,得到了相应试验条件下的疲劳裂纹扩展数据与规律,讨论了应力比、环境温度对疲劳裂纹扩展行为的影响,并利用扫描电镜(SEM)观测分析了疲劳断口。结果表明:7475-T761铝合金疲劳裂纹扩展速率随应力比、温度的增加而增加;消除裂纹闭合效应影响后,相同温度不同应力比下的da/dN-ΔKeff可由同一拟合公式描述;高温时弹性模量和材料抗拉强度的下降以及裂纹表面氧化导致裂纹扩展速率较快;对比不同条件下稳定扩展区疲劳条带宽度验证了试验分析结论。     

激光喷丸强化对半圆孔件疲劳寿命的影响

为研究激光喷丸强化对7075-T6铝合金半圆孔件疲劳寿命的影响,对激光喷丸与未喷丸的试样进行了对比试验,利用X射线应力仪测定其表面残余应力,并对试样进行疲劳拉伸试验.用扫描电镜观察了两类试样疲劳断口的形貌,并采用数理统计方法对其疲劳寿命进行分析.研究表明:经激光喷丸处理区域,表面存在较大的残余压应力,幅值为310 MPa;未喷丸试样疲劳裂纹条带的宽度为0.7~0.8μm,而喷丸试样疲劳裂纹条带的宽度为0.3~0.4μm,说明喷丸试样裂纹扩展的速度比未喷丸试样慢很多;激光喷丸后半圆孔件的疲劳寿命比未喷丸的疲劳寿命提高了2.8~7.2倍.     

透明聚碳酸酯材料疲劳断裂行为

研究不同应力比(R)以及退火处理对透明聚碳酸酯(PC)板材疲劳性能的影响规律与机理,并对聚碳酸酯疲劳裂纹扩展过程与机理进行分析。结果表明:退火后聚碳酸酯试样的残余应力明显变小,疲劳性能明显提高,这是由于机加工造成PC试样残余拉应力,而消除残余拉应力能够明显改善PC的疲劳性能;正应力比(拉拉疲劳)情况下,随着应力幅值变大,PC的疲劳性能明显下降,而负应力比(拉压疲劳)对PC的疲劳性能影响较为复杂。断口形貌分析表明,PC疲劳裂纹断口存在明显的裂纹源区、稳定扩展区与失稳区,而PC的疲劳裂纹扩展机理是首先在应力作用下产生银纹,当应力超过银纹中微纤维强度或在多次循环应力作用下疲劳而造成微纤维破坏时,银纹便发展为裂纹。     

喷射成形GH738合金的疲劳裂纹扩展行为

进行了不同温度、频率和应力比条件下喷射成形GH738合金紧凑拉伸(CT)试样的疲劳裂纹扩展试验,分析了相应条件下的疲劳裂纹扩展速率及其对疲劳裂纹扩展行为的影响规律。结果表明:随着温度的升高,裂纹扩展速率略有加快;加载频率降低,疲劳裂纹扩展加速;裂纹扩展速率da/d N随应力比R的增大而增大。疲劳断口呈现多裂纹源特征,裂纹稳定扩展为疲劳条带机制。     

2A12铝合金疲劳裂纹的成核与扩展机理EI北大核心CSCD

进行了不同应力水平下和不同应力比下2A12铝合金试验件的疲劳试验,并对试验件疲劳断口显微结构进行分析和对比,以揭示疲劳裂纹成核与扩展的微观特征。结果表明:2A12铝合金的疲劳裂纹在靠近试验件表面较为粗大的第二相粒子或试验件棱角缺陷处成核;成核位置距试验件表面的距离与应力水平和应力比有关,疲劳裂纹扩展区域也与应力水平和应力比有关。应力水平较小或应力较大时,疲劳裂纹沿晶扩展和穿晶扩展尤为明显。疲劳断口的裂纹成核粒子越小(大),试验件疲劳寿命越短(长),微裂纹成核寿命是疲劳全寿命计算中不可忽视的部分。     

7050铝合金Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹研究

为研究7050铝合金在Ⅰ-Ⅱ型复合加载下疲劳裂纹扩展规律,在Amsler HFP5000高频试验机上利用Richard加载装置,完成紧凑拉剪(CTS)试样疲劳裂纹扩展试验,利用有限元对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹进行数值模拟,采用APDL命令流计算不同裂纹长度的应力强度因子,并引入最大周向应力准则计算裂纹扩展角,用有限元计算等效应力强度因子,并绘制不同加载角下的疲劳裂纹扩展速率曲线,在扫描电镜下观察裂纹扩展断口,分析断口形貌。研究结果表明:有限元数值模拟预测Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展角与试验值基本一致;引入当量应力强度因子后不同加载角下的I-Ⅱ型裂纹扩展速率曲线与Ⅰ裂纹的曲线基本重合;扫描电镜下疲劳断口为准解理断裂,断口的粗糙度与加载角有关,加载角越小,断口表面越粗糙。     

7075-T651铝合金薄壁管件多轴低周疲劳行为及寿命预测

针对航空铝合金多轴疲劳失效问题,对7075-T651铝合金薄壁管件进行不同加载条件下的拉扭复合疲劳实验。结果表明:随等效应力幅的降低,多轴疲劳寿命增加;等效应力恒定时,寿命随应力幅比的升高而增加;拉扭相位差对寿命影响较小。高应力幅下材料在轴向和扭向以软化为主,低应力幅下硬化和软化交替出现。宏观断口平台区随应力幅比的增加而逐渐减小,微观断口呈现管壁外侧的多裂纹源特征,扩展区可以观察到疲劳条带和二次裂纹,瞬断区出现混合型韧窝。提出基于Basquin准则的改进模型,得到较好的寿命预测效果,寿命预测值均位于两倍分散带内。     

缺口对7A85铝合金拉伸性能和疲劳性能的影响

在光滑试样表面预制深度为0.1 mm和0.2 mm的环状缺口，研究了不同缺口尺寸对7A85铝合金拉伸性能和疲劳性能的影响，并分析了7A85铝合金含缺口试样的疲劳断裂机理。结果表明，随着缺口深度由0 mm增加至0.2 mm, 7A85铝合金试样的抗拉强度、断后伸长率和疲劳强度分别下降了6%、47.5%、44.4%。缺口对7A85铝合金塑性的影响远大于拉伸强度，且其抗拉强度与疲劳强度呈线性关系。试样疲劳缺口系数随着缺口尺寸和循环次数的增加而增大。7A85铝合金试样的疲劳裂纹源通常是富铁的第二相颗粒，环状缺口根部应力集中促进了多疲劳裂纹源萌生，多个裂纹源同时扩展使得试样有效承载面积快速减少，导致疲劳寿命急剧缩短。     

TNM-Ti Al合金室温高周疲劳性能研究

采用升降法与成组法对TNM-TiAl合金试样进行了应力比R=-1的室温拉压疲劳和R=0.1的室温拉伸疲劳试验，得到TNM-TiAl合金的P-S-N曲线，并对断口进行了分析。结果表明:TNM-TiAl合金对应力十分敏感，R=-1和R=0.1时的曲线整体呈较为平直的斜线，R=-1时的疲劳极限为414.7 MPa,R=0.1时的疲劳极限为285.6 MPa。R=0.1的S-N曲线远低于R=-1的S-N曲线;R=-1时，应力幅与疲劳寿命的关系满足Basquin方程。疲劳试件宏观断口较为粗糙，静态拉伸宏观断口平整，两者差异较大。拉伸断口整体分为裂纹萌生区与扩展区，其中起裂源均位于试样表面或板状试件的边角棱线处，起裂源区域包括γ相的解理断裂面、片层团的沿层解理面以及β₀相平整的穿晶断裂平面等特征。疲劳断口整体分为裂纹萌生区、扩展区与瞬断区，其中裂纹萌生区分为表面沿层起裂和γ相起裂。TNM-TiAl合金的疲劳断裂为脆性断裂，主要体现在扩展区上大量的片层团穿层断裂、扭折撕裂、γ相解理断裂和β₀相穿晶断裂。同寿命量级下，R=-1的断口与R=0.1的断口断裂类型...     

彩色断口金相

一种新的断口金相技术被用来测定低循环疲劳试验断口,材料取自蒸汽轮机转子的镗孔区。1950年以来,发现大量蒸汽轮机的转子带有内部缺陷,包括夹杂、显微收缩空穴等。在研究高应力低循环疲劳状态下裂纹的起始和扩展方面,逐渐发展了这种有价值的加热着色断口金相技术。它可以根据断口的不同色区,明确地判断出各种断裂机理。 收缩缺陷保持银白色,疲劳条带为综色,塑性断口为蓝色,解理面为金黄至紫色。据此可以推断出转子试样的裂纹起始和扩展过程,并与扫描电镜断口照片对比加以证实。此外还可以测定裂纹稳定增长和裂纹过载区的相对缺陷面积,并与金相试片上缺陷面积率比较。 这种着色断口金相的原理如下。当一块金属在空气中加热时,形成氧化物的厚度取决于氧化速率、温     

超声深滚处理改善预腐蚀7A52-CZ铝合金疲劳性能机理

研究了超声深滚(UDR)处理对预腐蚀7A52-CZ铝合金疲劳性能的作用.7A52铝合金试样在剥蚀腐蚀溶液中浸泡不同时间后进行了超声深滚处理.分别对未腐蚀试样、腐蚀试样和腐蚀+UDR处理试样进行了疲劳试验,用XRD应力测试和扫描电镜等方法分析了UDR处理前后试样的残余应力和断口形貌,并对疲劳断口进行了分析.结果表明:UDR处理在铝合金中引入超过1mm深的残余压应力层,延长了7A52的预腐蚀疲劳寿命.对于腐蚀较轻的试样,UDR处理使裂纹源在表层下残余压应力和拉应力过渡区产生,延长了疲劳裂纹萌生寿命;对腐蚀较重试样,疲劳裂纹仍从晶间腐蚀处形核,但由于引入残余压应力及腐蚀裂纹的部分愈合效应,仍在很大程度上改善了7A52的预腐蚀疲劳寿命.     

Al-7Si-0.3Mg铸造合金的旋转弯曲疲劳性能研究

研究了M-7Si-0.3Mg铸造铝合金的室温旋转弯曲疲劳性能。结果表明,A1-7Si-0.3Mg铸造铝合金在10~7次疲劳寿命下的极限应力为88 MPa;结合对疲劳试样断口的分析发现,在高应力低寿命区,A1-7Si-0.3Mg合金试样的表面划痕和缺陷造成了材料的表面破坏模式;而在低应力高寿命区,试样内部近表面区的铸造孔洞则是引起材料疲劳破坏的主要原因。使用Paris公式推导出孔洞尺寸和疲劳寿命之间的关系,并计算出不同应力水平条件下的临界孔洞尺寸。     

DD6单晶高温合金振动疲劳性能及断裂机理

研究[001]取向的DD6单晶高温合金的室温振动疲劳S-N曲线,并获得了其室温振动疲劳极限。利用体视显微镜、扫描电子显微镜、背散射衍射等手段对DD6单晶高温合金振动疲劳断裂机制进行分析。结果表明:采用S-N法估算得到的[001]取向的DD6单晶高温合金室温振动疲劳极限约为337.5MPa。振动疲劳裂纹断口呈现单个或多个沿{111}晶体学扩展平面组成的形貌特征,断口上分为疲劳源区和疲劳扩展区两个阶段,裂纹在应力最大截面处的表面或内部缺陷处萌生,呈单源特征,疲劳扩展区呈现类解理断裂特征,未出现典型的疲劳条带特征。说明沿{111}晶面滑移是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要变形机制,断口上的类解理扩展平面以及微观上类解理花样是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要特征。     

航空铝合金原位腐蚀疲劳性能及断裂机理EI北大核心CSCD

为了研究不同腐蚀条件下2024铝合金的疲劳性能,首先设计搭建原位腐蚀疲劳平台,然后分别进行无腐蚀疲劳、预腐蚀疲劳和原位腐蚀疲劳实验,分析不同腐蚀疲劳条件下2024铝合金的疲劳断裂行为,最后利用扫描电镜(SEM)表征宏、微观断口特征,探究失效机理。结果表明:相同腐蚀环境和时间下,预腐蚀和原位腐蚀疲劳寿命分别为无腐蚀疲劳寿命的92%和42%;在原位腐蚀疲劳条件下,滑移带挤入、挤出导致表面粗糙度增加,吸附较多腐蚀介质,加剧蚀坑演化,易于裂纹萌生并形成多个裂纹源。裂纹的连通形成更大尺寸的损伤,并在材料内部快速扩展。预腐蚀和原位腐蚀疲劳试件断口观察到大量脆性疲劳条带,并且原位腐蚀疲劳条带平均间距约为无腐蚀疲劳条带间距的2倍,说明原位腐蚀疲劳条件下裂纹扩展速率更快。     

自回火对重轨钢疲劳裂纹扩展行为的影响

针对重轨钢在线淬火后自回火造成的抗疲劳裂纹扩展能力降低的问题,在淬火冷速分别为3℃/s、5℃/s、8℃/s,终冷温度为450℃条件下,研究了自回火对重轨钢疲劳裂纹扩展行为的影响,测算了疲劳裂纹扩展速率的Paris公式,采用扫描电镜及硬度计分别对自回火后钢轨的疲劳断口进行观察及硬度测试.结果表明:经过自回火后,钢轨的疲劳裂纹扩展速率增快、硬度降低,且自回火之前钢轨的淬火冷速越大,自回火后其硬度降低越显著,硬度的降低增加了裂纹扩展的可能性;自回火后钢轨在Ⅰ区的疲劳裂纹扩展速率远大于直接淬火试样,使钢轨疲劳裂纹扩展的整体进程缩短,这是疲劳裂纹扩展速率增快的重要原因.不同淬火冷速后的自回火试样在应力强度因子范围 ΔK(ΔK=Kmax-Kmin)为10 MPa·m1/2时,断口的疲劳辉纹、解理面和二次裂纹较少,河流花样数量较多、面积小、沟壑浅,而在ΔK=13.5 MPa·m1/2时,断口的疲劳辉纹间距增大,解理面和二次裂纹较多,河流花样数量增多、面积增大,疲劳裂纹扩展速率da/dN较快.     

加载路径对Sr变质A319铝合金疲劳行为的影响

研究了Sr变质A319铸造铝合金在0.2%应变幅不同加载路径条件下的疲劳性能,包括循环应力响应特征及疲劳寿命,并分析了失效试样的断口特征以及Si颗粒的破坏方式。结果表明:在不同加载路径下材料发生循环硬化程度和速率从大到小排序是:圆形加载、比例加载和单轴加载;疲劳寿命随着加载路径的变化与材料循环硬化程度和速率随着加载路径的变化相对应。断口分析结果表明,宏观断口在比例路径下表现为"人"字形的两条主裂纹,且从单轴、比例到圆形路径,裂纹源区逐渐不明显,裂纹源区和稳定扩展区尺寸也变小;在单轴加载条件下裂痕的断面基本上与主轴平行,而在多轴加载条件下裂痕的分布较为分散。     

温度对TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对TC4-DT损伤容限型钛合金在150℃,25℃下的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测试,给出了扩展速率和应力强度因子幅值△K之间的关系曲线.用SEM对2种温度下断口形貌进行了观测,实验结果表明,150℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率,25℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值;稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存,150℃的da/dN试样中的疲劳辉间距比25℃试样细;快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征,150℃的da/dN试样中的韧窝比25℃试样深.     

TC21钛合金电子束焊接件疲劳断口定量反推研究

对TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳断口进行了基于宏观扩展区面积和微观疲劳条带的定量分析。结果表明:在断裂韧性大小相同的情况下,可由扩展区面积反推构件承受的应力,反推计算所得应力与实际加载疲劳应力的相对误差在10%以内;疲劳裂纹稳定扩展第二阶段的显微特征是疲劳条带,利用Paris公式反推焊接结构的原始疲劳质量,原始疲劳质量呈正态分布,实验结果对钛合金电子束焊接结构的工艺评定具有重要的工程意义。