铆钉疲劳断裂原因分析及疲劳应力估算

飞机服役90 h后检查发现15a框与进气道蒙皮连接处第一个铆钉头发生断裂。通过外观观察、断口宏微观观察分析,金相、硬度、以及断口定量反推疲劳应力方法,结果表明铆钉为疲劳断裂。铆钉连接的框和蒙皮之间安装孔同轴度存在偏差,导致异常的转配弯曲应力与正常的工作时承受剪切应力不符,再叠加气流振动应力,使得铆钉的起始应力较大,是铆钉断裂的原因。通过断口定量分析还给出了铆钉为疲劳综合起始应力较大、扩展应力较小。     

TA1钛合金自冲铆接接头疲劳性能及失效机理分析

采用轴向加载的形式对TA1钛合金自冲铆接试样进行疲劳试验,分析了不同因素下试样的疲劳强度变化规律;通过扫描电镜对试样失效断口和微动磨损进行分析,研究试样的失效机理. 结果表明,在同种铆接因素下,试样疲劳强度随应力比的增大而增大,随最大载荷值的增加而下降. 通过断口分析发现,铆钉断裂失效时,疲劳裂纹主要产生在钉胫外侧;基板断裂失效时,疲劳裂纹首先萌生在铆钉胫尾部与下板接触区域. 基板与铆钉的微动磨损在某种情况下存在竞争机制,当铆钉微裂纹扩展速率大于基板时表现为铆钉失效,反之为基板失效.     

Nb-V不同微合金化对高强钢筋拉伸断裂行为的影响

通过万能拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜并结合能谱分析仪和透射电镜对Nb-V不同微合金化的高强钢筋在单轴拉伸过程中的断裂行为进行了表征。结果表示,实验钢心部组织为铁素体+珠光体+贝氏体,随着实验钢筋中Nb含量的降低,贝氏体组织体积分数下降(50%～3%)。拉伸断口呈韧性断裂,断口以韧窝为主,随着贝氏体组织体积分数的降低,韧窝尺寸和深度先增大后减小。裂纹和断口处的夹杂主要为MnS和氧化物。微裂纹多形成于相界面或夹杂处,也有形成在铁素体基体内,裂纹尺寸随着贝氏体组织体积分数的降低而增大。当裂纹在扩展过程中遇到较硬相贝氏体时,会向较软的铁素体相扩展。     

高强钢拉伸样断口中心分层渐进失效分析

为探讨高强钢热轧板带在力学性能检验中出现严重的拉伸样断口中心分层现象,结合HG70C钢试验设计不同拉伸应力级别的试样,并通过金相检测和电镜观察拉伸样断口截面中心偏析带组织和裂纹的演变,从微观上分析拉伸样断口芯部分层的渐进过程,为改善钢材拉伸性能建立了实验依据。研究表明,中心偏析带颈缩阶段由于承受三向拉应力作用,导致珠光体带组织被拉长变细,并沿Z向扩展;分层断口裂纹是在应力加载过程中逐步产生的,当载荷超过屈服强度时,在芯部区域存在的大量铌钛夹杂物边缘处诱发微裂纹,随着拉伸应力的增大,微裂纹相互连接,形成裂纹孔洞贯通平台,最终产生层状分离断口。     

断口定量概率评估货车车轮辐板孔裂纹扩展速率

裂纹扩展速率是工程断裂失效预测分析的基础,采用断口定量测量裂纹扩展速率是常用的实用方法之一.分析货车车轮辐板载荷对裂纹扩展速率的影响,阐明可用裂纹扩展参数Q描述载荷分散性,进而建立了基于载荷分散性的裂纹扩展速率不确定性方程.针对货车车轮辐板孔裂纹失效,通过断口定量测量多个断口的da/dN～a数据,介绍了断口定量概率评估裂纹扩展速率的方法.断口定量分析结果与仿真计算结果相吻合.     

高强焊接钢HG70C拉伸断口中心分层机理浅析

高强焊接结构钢HG70C热轧板带在力学性能检验中出现了严重的中心分层缺陷,为此设计了不同应力级别的试样.通过金相检测、电镜扫描分析了拉伸断口的组织,描述了拉伸断裂的机理.研究结果表明,过量的钛元素形成夹杂物,通过拉应力产生了微裂纹;随着应力增加,裂纹逐步扩展.     

多层铆接结构铆钉孔周裂纹的脉冲涡流检测

飞机多层金属铆接结构中铆钉周边裂纹的检测是无损检测领域中的一个难点和热点。基于脉冲涡流检测技术,设计检测探头,并对探头的激励线圈匝数、检测频率、接收传感器距铆钉距离等参数进行优化,研制一种使探头能够围绕铆钉进行旋转检测的装置。检测探头参数和传感器与铆钉之间的距离参数的变化对检测灵敏度的影响较大。旋转装置检测时:激励匝数为180匝、检测频率为100 Hz、探头与铆钉距离4 mm时,对于长度为1、2 mm的铆钉孔周边裂纹检测效果较好;对于长度大于2 mm的铆钉孔周边裂纹,探头距离铆钉10 mm的时候检测灵敏度较高。利用旋转装置检测和纯手动检测的结果对比表明,旋转检测装置能够很好地抑制探头与铆钉之间的距离变化带来的对信号的干扰,减少伪缺陷并提高检测效率。     

铸钢中贝壳状断口形成机理研究

采用示波冲击试验、断口分析和金相分析等方法,并结合断裂力学对铸钢中贝壳状断口的形成机理进行了研究.结果表明,沿一次晶晶界的成分偏析对裂纹扩展阻力的降低作用是铸钢中贝壳状断口形成的主要原因.     

涡轮铆钉头脱落原因分析

涡轮冷却器返厂检查时发现,涡轮上的1个铆钉头已经断裂、脱落;经荧光无损探伤检查发现其他一些铆钉在铆钉头与铆钉杆相接的转角R处仍存有裂纹。本研究通过对断口、硬度、化学成分、金相组织等理化检测手段,并结合涡轮结构和使用工况,对涡轮铆钉头脱落原因进行分析。结果表明:铆钉的断裂性质属于微动疲劳;涡轮结构明显存在被铆接件较薄、且硬度远高于铆钉的设计缺陷;铆钉头脱落的主要原因可能与涡轮结构设计不合理及选材不当有关。采用优化涡轮结构、选取抗疲劳强度更佳的铆钉等措施可以预防类似故障再次发生。     

汽车拨叉淬火裂纹分析

对45钢制汽车拨叉在淬火过程中出现的裂纹，运用断口分析法和裂纹分析法找出了裂纹形成的原因，通过改进淬火工艺解决了拨叉的淬火开裂问题。     

空调机焊接球杆断口分析

本文用扫描电镜和光镜对电阻焊接的汽车空调机活塞球杆焊接接头的拉伸和敲断断口进行了分析、结果表明，在敲断的宏观断口中心出现的“高斑”，是沿球与杆交界处断裂，其余区域拉伸断口基本相同，断裂发生在球部，断口大多为沿奥氏体晶界的沿晶断品和少量准解理断口。     

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 中厚板拉伸试样出现了延伸率不合问题，并且拉伸试样断口出现了层状撕裂现象。通过对试样断口形貌、试样变形区和未变形区金相组织的研究，认为：中厚板中心区域珠光体比例高是层状撕裂试样厚度中心呈现脆性的原因，这种脆性区导致在拉伸过程中最先萌生裂纹，并最终导致拉伸试样延伸率不合；出现层状撕裂的试样在拉伸之前并不存在结构上的分层和断口分层，在断口上出现的平行于轧制方向的裂纹是在拉伸过程中形成的；当珠光体带的宽度超过25 μm时，试样在拉伸过程中在珠光体带中易出现裂纹并导致断口出现层状撕裂。     

退火处理对钛合金自冲铆接头疲劳特性的影响

对钛合金自冲铆接头整体进行去应力退火处理,并对热处理前后的接头进行静拉伸及疲劳试验;采用三参数幂函数表达式对热处理前后接头的疲劳试验数据进行拟合,得到热处理前后接头的F-lgN曲线;运用扫描电子显微镜对疲劳失效后接头的铆钉断口进行微观观察,并对比分析去应力退火对接头疲劳特性的影响. 结果表明,铆钉断裂为接头在疲劳试验中的主要失效模式;去应力退火对接头疲劳失效模式有很大影响,使得接头在疲劳试验中的薄弱环节具有由铆钉向基板转变的趋势;去应力退火热处理提高了接头在中等寿命区的疲劳特性,但降低了钛合金自冲铆接头在长寿命区的疲劳特性.     

再制造件涂覆层内部裂纹扩展行为研究

目的研究再制造件涂层内部不同形状、尺寸的裂纹扩展行为。方法利用扩展有限元和内聚力单元结合的方法,通过设定断裂能G值作为控制裂纹扩展的参数,对三点弯曲试验以及拉伸试验下涂覆层内部的裂纹进行模拟,并通过实验进行验证。结果随着载荷的增加,涂层中的垂直裂纹和45°倾斜裂纹均沿着涂层厚度方向扩展,到达界面时裂纹发生偏转,沿着界面继续扩展而并没有越过涂层-基体界面向基体扩展。模拟得到三点弯曲试验下初始长度为0.2 mm的垂直裂纹和45°倾斜裂纹开裂的临界载荷分别为3.47 k N和4.49 k N,裂纹长度增加至0.3 mm时,临界载荷降低为3.29 k N和4.31 k N。裂纹越靠近试件中心,临界载荷越小,越易发生裂纹扩展现象。另一方面,在拉伸试验下,0.2 mm的垂直裂纹的临界开裂载荷(3.47 k N)小于投影长度相同的倾斜裂纹的临界载荷(5.21 k N),而与拉应力平行的裂纹并未扩展。实验得到0.2 mm的垂直裂纹在弯曲试验下的平均临界载荷为3.49 k N,而倾斜裂纹为4.46 k N。结论三点弯曲试验下,垂直裂纹比倾斜裂纹更危险,初始长度越长、越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象。在拉伸试验下,与拉应力平行的裂纹并未扩展,最安全。模拟结果与实验相近,验证了模拟的正确性。     

HIGH-TEMPERATURE TENSILE FRACTURE BEHAVIOR OF DIRECTIONALLY SOLIDIFIED Ni, Cr, Al-TaC EUTECTIC SUPERALLOY

The high-temperature tensile fracture behavior of the Ni, Cr, AI-TaC eutectic superalloy directionally solidified under high temperature gradient is investigated. The hightemperature tensile fracture of this in situ composite has ductile character with lots of ductile nests whose diameters decrease with the increasing solidification, rates. The maximum δb and δ are respectively 668.5MPa and 19.6％. There is a TaC whisker in the center of each nest, and the deformation of γ‘ and TaC is uneven. The hightemperature tensile behavior cannot be explained by the rule of mixtures but is decided by the formation of the plastic deformation band. The crack extension model is given.     

铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理

自冲铆是轻量化材料的有效连接技术,为促进该技术的广泛应用,文中基于两组铝合金自冲铆接头,采用疲劳测试、统计方法、断口分析和X-射线能谱仪元素分析,获得接头疲劳特性和断口典型部位微观组织特征,从而对铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理进行研究。结果表明,随着疲劳载荷降低,接头疲劳寿命稳定性和相对滑移量下降。由于多铆钉接头有效减小了应力集中,其疲劳强度比单铆钉接头提高了31.36%~23.14%,且多铆钉接头的疲劳寿命稳定性较高。多铆钉接头中存在首要和次要承载顺序,疲劳断裂表面为首要承载顺序所在位置。接头疲劳宏观失效模式均为下板断裂,疲劳裂纹主要萌生于铆钉管腿与下板接触部位,微振磨损区域自铆钉管腿底部向铆钉头方向生长。减缓该部位的摩擦作用,可有效延迟疲劳裂纹萌生和减缓裂纹扩展,从而提高接头疲劳寿命。     

螺柱断裂分析及机制探讨

通过断口宏微观形貌观察、能谱分析、金相组织检查、硬度及拉伸性能测试、带状组织评级等手段,对螺柱断裂原因进行分析。结果表明:螺柱的断裂性质为氢脆断裂;起裂部位为螺柱中心位置,此处硬度远高于其他部位;能谱分析和金相组织检查发现裂纹起始处存在严重的碳偏析和合金元素偏析,这是造成螺柱在心部发生氢脆断裂的根本原因。     

Fracture behavior of lamellar structure in Ti-48Al-2Mn-2Nb alloy produced by centrifugal spray deposition

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ ,ａｇｒｅａｔｄｅａｌｏｆａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｇａｍｍａｔｉｔａｎｉｕｍａｌｕｍｉｎｉｄｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙａｔｔｒａｃｔｉｖｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[1～ 3].Ａｌｏｔｏｆｆｕｎｄａｍｅｎ ｔａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｎｇａｍｍａｔｉｔａｎｉｕｍａｌｕｍｉｎｉｄｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｍａｄｅｗｏｒｌｄｗｉｄｅｔｏｆｕｒ…     

高强船板钢拉伸试验断口不合的原因分析和改善措施

通过低倍酸浸、断口形貌、金相组织等分析方法,对高强度船板拉伸断口不合的原因进行了研究,并且分析了浇注过程中辊缝收缩、二次冷却、扇形段接弧和辊缝精度对铸坯质量的影响。研究结果表明:连铸坯的中心偏析和中间裂纹造成的异常组织和长条状MnS夹杂是断口不合的主要原因;采取优化辊缝收缩方案、加强二冷系统和扇形段的管理,铸坯中心偏析指数和裂纹指数明显降低,高强船板断口合格率稳定在97%左右。