钢结硬质合金GJW50热疲劳开裂的探讨

对钢结硬质合金GJW50试样进行了冷热循环实验,观察了试样在热应力作用下热疲劳裂纹的萌生、扩展以及试样开裂的全过程。结果表明:热疲劳裂纹出现前,在试样的光滑缺口边缘上产生了明显的塑性变形,呈现出凹凸不平。在试样缺口顶端的凹坑内萌生首条裂纹,萌生地是小颗粒的WC粒子集聚区或大颗粒的WC"自裂纹"。萌生的首条裂纹沿着与热循环方向平行的方向扩展,最终成为主裂纹。其扩展途径主要为沿WC聚集区和钢基体相的界面扩展以及在大面积的WC粒子聚集区内扩展。主裂纹遇到钢基体相后受阻,裂纹尖端钝化、转向,寻找耗能少的区域扩展。主裂纹在扩展时形成二次裂纹,但未形成明显上的龟裂;最终,仍然是主裂纹导致试样断裂。     

A356铸造铝合金的疲劳裂纹萌生及短裂纹扩展研究

研究了A356-T6铸造铝合金的缺口疲劳裂纹萌生与早期扩展行为及机制.结果表明,热等静压试样的疲劳抗力优于非热等静压试样.对于钝缺口试样,疲劳裂纹萌生于缺口根部附近的多个平面,最终哪个裂纹源扩展成主裂纹取决于局部微观组织.对于缺口几何形状不同的热等静压和非热等静压疲劳试样,在疲劳过程中,不管是在高应力状态下,还是在低应力状态下,都出现了铝基体的循环塑性变形和共晶硅粒子断裂导致疲劳裂纹萌生.对于非热等静压试样,铸造缩孔在构件的疲劳过程中起着重要作用,但即使缺口根部存在较大尺度的铸造缩孔,导致了疲劳裂纹萌生,但也同时观察到疲劳裂纹从共晶硅粒子、金属间化合物、铝基体的滑移带和铁基金属间化合物等处萌生.对于脆性的A356铸造铝合金可采用修正的断裂力学参量ΔKn、局部应力范围Δσ或局部应变幅Δε/2作为控制参量来表征疲劳裂纹萌生行为,而缺口有效应力强度因子范围ΔKneff和ΔJs参量可用来表征缺口场中短裂纹扩展行为.     

H13钢铝合金压铸模的离子氮化

采用加氩渗氮和无氩渗氮两种离子渗氮方法,对用作铝合金压铸模材料的H13钢的热疲劳性能进行了比较.结果发现,无氩渗氮的化合物层对H13钢的热疲劳性能具有双重影响,一方面能推迟热疲劳裂纹的萌生,阻止热裂纹向基体内部扩展,另一方面表面裂纹直、宽、多,易于剥落并扩展快,因此,采用含化合物层的离子氮化处理H13钢铝合金压铸模应该慎重.     

5CrMnMo钢的热疲劳裂纹研究SCIEI

通过自制Coffin型及自约束型热疲劳试验机研究了5CrMnMc钢经不同热处理后的热疲劳行为。利用扫描电镜、透射电镜等揭示了热疲劳裂纹萌生及其扩展。结果表明,淬火态的5CrMnMo钢绝大多数热疲劳裂纹优先在晶界处萌生;淬回火态的试样裂纹主要萌生于碳化物与基体的脱开处,或形成晶界裂纹;无论是淬火或淬回火态的试样其热疲劳裂纹主要沿着碳化物与基体脱开处及晶界裂纹桥接而扩展。     

喷丸对H13钢单边带缺口试样疲劳裂纹扩展行为的影响

喷丸工艺通过改变试件的表面形貌、微观组织及残余应力等表面完整性可以影响裂纹的萌生和扩展;对于存在缺陷的试件,喷丸的作用机制和影响结果有所不同。采用白光干涉仪、SEM、XRD及显微硬度计等对单边带缺口的H13钢薄板试样喷丸前后的表面完整性进行了测定。并借助原位SEM开展了系列裂纹扩展试验,分析了喷丸对试样疲劳寿命、裂纹扩展速率以及疲劳断口特征的影响。研究结果表明,虽然残余压应力诱发裂纹闭合,但由于喷丸后表面粗糙度的大幅提高增强了缺口效应,表面加工硬化使得韧性有所降低,以及残余应力在加载过程中发生松弛等因素,喷丸后单边带缺口试样的裂纹萌生过程缩短,疲劳寿命降低,且裂纹扩展速率的变化较小。喷丸前后疲劳断口形貌均为准解理特征,喷丸后断口近表面处的撕裂棱特征消失。     

两种不同碳含量铁素体+珠光体型非调质钢的缺口高周疲劳破坏行为

采用旋转弯曲疲劳实验和疲劳裂纹扩展速率实验研究了两种不同碳含量的铁素体+珠光体型非调质钢30MnVS和49MnVS的光滑样和缺口样(应力集中系数Kt=4)的高周疲劳破坏行为。结果表明,缺口对实验钢的疲劳极限具有显著的影响,30MnVS和49MnVS钢缺口样的疲劳极限较光滑样降低了约69%,呈现出较高的疲劳缺口敏感性。与49MnVS钢相比,30MnVS钢的光滑疲劳极限提高了11.0%,缺口疲劳极限提高了8.5%,但30MnVS钢的疲劳缺口敏感性及疲劳裂纹扩展速率均略高。两种实验钢的疲劳裂纹往往萌生于试样或缺口根部表面基体组织中的铁素体/珠光体边界,并优先沿着该边界扩展。实验结果及文献数据的拟合分析表明,可采用Kt的二次多项式拟合公式来简便地计算Kf值。     

32Cr3MoVE轴承钢渗氮层组织与旋转弯曲疲劳性能

采用旋转弯曲加载方式测试了32Cr3MoVE渗氮轴承钢的疲劳性能,通过扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计及X射线应力仪分析了渗氮层的组织特征和残余应力分布以及疲劳断裂的原因。结果表明:渗氮层析出的γ′-Fe_4N、CrN、Fe_3N等氮化物提高了试验钢的表面硬度,并形成了先增大后减小的残余压应力分布,在距表面300μm处残余压应力高达610 MPa,显著减小了试样次表面承受的循环拉应力,使得疲劳裂纹萌生起源于近表面以及距试样表面600～700μm较远的区域;渗氮处理显著提高了试验钢的疲劳性能,中值疲劳强度达到974 MPa。疲劳裂纹萌生于表面化合物层和内部非金属夹杂物,各占41.2%和58.8%;裂纹沿着化合物层、扩散层及基体依次扩展,最后在试样基体瞬断。扩散层部分呈现沿晶断裂和准解理断裂混合断裂形式,渗氮层和基体交界处呈现一段光滑过渡区。     

Co-P合金镀层热疲劳裂纹萌生扩展的研究

对钢结硬质合金表面进行Co-P合金化学镀,对镀层进行25～680℃的热疲劳试验,研究了热疲劳裂纹在镀层的萌生与扩展特征。结果表明:热裂纹的出现包括孕育期、萌生期与扩展期;热裂纹优先在镀层表面应力最集中的区域萌生;在热裂纹萌生和扩展的同时伴随着氧化腐蚀,氧化腐蚀缩短裂纹的孕育期,促进裂纹的萌生。     

QT400球墨铸铁的热疲劳行为

采用V形缺口试样,通过上限温度为500~900 ℃的热疲劳试验研究了QT400球墨铸铁的热疲劳行为,并对不同上限温度下材料热疲劳裂纹的萌生与扩展以及试样的显微组织与硬度等进行了分析。结果表明,热疲劳裂纹主要从试样的V形缺口底部萌生,上限温度越高,裂纹萌生越早,萌生后扩展速率也越快,其热疲劳寿命越低;随着上限温度的升高,试验后试样基体的硬度逐渐增加,上限温度由700℃上升到800℃时,试样硬度快速上升;热疲劳试验过程中的氧化腐蚀、球墨形态以及组织变化等为球墨铸铁QT400的热疲劳破坏的主要影响因素。     

高速钢轧辊的组织性能及失效机制

针对高速钢轧辊剥落试样,通过SEM对试样表面裂纹、内部裂纹和断口形貌进行了观察,同时对样品进行了EDS分析及硬度测试,研究了高速钢轧辊组织中碳化物种类、形态及分布,分析了影响疲劳裂纹形成、扩展因素,以及硬度和耐磨性变化的影响因素。结果表明:高速钢轧辊表面产生热疲劳裂纹的主要原因是由于轧辊受到剧烈的冷热温度交替变化,在辊表面产生严重热应变,出现热疲劳裂纹,扩展后造成剥落。裂纹萌生、扩展路径和方式与热疲劳或接触疲劳应力有关,减少轧辊中夹杂物的数量,细化夹杂物状态,改善轧辊组织中碳化物的形态和分布,有利于减轻热疲劳裂纹的萌生和扩展。     

碳含量对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验法,结合SEM、EDS以及Jmat-pro热力学计算软件等研究了碳含量(0.35%和0.71%)变化对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响。结果表明:提高含碳量后,钢中析出大量细小弥散的MC型碳化物,从而使0.71%C钢的抗回火软化性能和热稳定性能均强于0.35%C钢;冷热疲劳循环1000次后,提高碳含量推迟了疲劳裂纹的萌生,当循环次数增加到2000次后,虽然0.71%C钢表面和基体的软化程度均弱于0.35%C钢,但该钢存在较多尺寸较大且呈聚集状态分布的未溶碳化物,这些碳化物在应力的作用下与基体脱离,脱离处成为裂纹扩展的通道,从而促进了疲劳裂纹萌生和扩展。     

海洋柔性立管用钢的疲劳断裂行为

采用GPS100高频疲劳试验机研究了海洋柔性立管用钢在温轧工艺下的疲劳断裂行为。结果表明,海洋柔性立管用钢疲劳寿命随加载应力幅的升高而不断下降;疲劳裂纹产生于试样表面,裂纹源区可见变形带及河流花样,裂纹扩展区存在大量二次裂纹,瞬断区疲劳裂纹呈韧性断裂特征。在疲劳裂纹扩展过程中,裂纹的扩展能力因大角度晶界的铁素体和高强度贝氏体的相互作用而受到限制,同时在晶界处形成的二次裂纹同样可减缓扩展速率,达到提高疲劳寿命的效果。     

WC-6%Co硬质合金辊环的热疲劳行为研究

本文以用于成品机架的WC-6%Co(文中含量均为质量分数)硬质合金辊环为研究对象,在其轧制400 T 80A帘线钢线材后,根据轧槽的表面形貌、金相显微组织和裂纹扩展情况对热疲劳裂纹特征进行了分析;结合轧制工况条件,对热疲劳裂纹的形成进行了讨论。分析结果表明:WC-6%Co硬质合金辊环轧槽表面上并未出现明显的龟裂纹,轧槽上的热疲劳裂纹细小且浅;轧制过程中的磨损、氧化、粘结相元素的扩散和冷却水的冲刷等因素的共同作用导致了材料中的WC晶粒的碎化和剥落而形成凹坑;热裂纹在向轧槽内部扩展过程中,以粗大WC晶粒的穿晶断裂为主;辊环材料的高的导热性和断裂韧性能够抑制热疲劳裂纹的萌生和扩展。     

GJW35钢结硬质合金热疲劳裂纹扩展的观察

观察了在热应力作用下 GJW35钢结硬质合金表面热疲劳裂纹扩展过程。结果表明 :萌生后的热疲劳裂纹优先在硬质相中扩展 ,遇到钢基体相后受阻、钝化。当裂纹在钢基体相中孕育时 ,另一裂纹已在该钢基体相区前沿的硬质相中形成。最后 ,在钢基体相中形成的裂纹以“搭桥”方式将其前后的裂纹连接起来。     

氧化对WC_p/钢基表层复合材料热裂纹萌生扩展的影响

利用负压实型铸渗工艺,通过涂覆预制块法,成功地制备了以高铬钢为基材,WC为增强颗粒的表层复合材料,通过氧化增重法、热震实验法及扫描电镜等分析测试方法重点研究了氧化对WC/钢基表层复合材料热裂纹萌生及扩展的影响。研究结果表明:WC颗粒在高于600℃时,会氧化成为结构疏松的WO3,并且随着温度的升高,氧化反应的速度加快,而WC的氧化,对热疲劳裂纹的萌生和扩展产生重要的影响。在500℃以上的空气环境中,复合材料基体会在裂纹源的尖端处形成氧化物。结合环境中的氧对裂纹扩展影响的分析可知,生成的氧化物为裂纹的扩展提供了途径,并且使复合材料极易在热应力的作用下导致开裂。     

（F＋M＋A）三相钢低周疲劳的扫描电镜动态研究SCIEI

用扫描电子显微镜疲劳加载台进行动态原位观察，研究了奥氏体（Ａ）在（Ｆ＋Ｍ＋Ａ）三相钢低周疲劳裂纹萌生和扩展过程中的作用．结果表明，在低周疲劳裂纹的萌生和早期扩展阶段，三相钢中的奥氏体会降低疲劳缺口敏感性，延长裂纹萌生期，使裂纹路径弯折并降低扩展速率．在高应变疲劳阶段，因奥氏体应变诱发相变生成马氏体，其边界是裂纹扩展的低能通道，从而加速裂纹的扩展．并提出了一个能量判据：当裂尖扩展功小于Ａ→Ｍ转变的能量时，奥氏体会提高材料的疲劳抗力，反之奥氏体会加速疲劳裂纹的萌生和扩展．     

组合加载下碳素工具钢中疲劳小裂纹的门槛区行为特征

通过考察碳素工具钢的表面滑移、疲劳破坏及表面裂纹的扩展条件，以统一的局部应力讨论了光滑试样和裂纹试样的疲劳特征。分析和实验结果表明，在裂纹试样的名义应力小于光滑试样表面滑移门槛应力的范围内，线弹性断裂力学是有效的，对应裂纹扩展门槛值的裂尖性区为一常数。     

BEHAVIOUR OF INITIATION AND GROWTH OF SHORT FATIGUE CRACKS

ＢＥＨＡＶＩＯＵＲＯＦＩＮＩＴＩＡＴＩＯＮＡＮＤＧＲＯＷＴＨＯＦＳＨＯＲＴＦＡＴＩＧＵＥＣＲＡＣＫＳＷＵＺｈｉｘｕｅ;ＸＵＨａｏ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｓｈｅｎ...     

一种等应力试样中的疲劳短裂纹行为

设计了一种三角形试样,当施加弯曲载荷时,该试样等腰三角形段内的表面拉应力为常数。采用振动试验机对所设计的试样进行疲劳试验,以研究一种焊接金属表面疲劳短裂纹萌生和发展特征。结果表明,疲劳短裂纹起源于铁素体晶内的滑移带。随疲劳周次增加,短裂纹发展以裂纹密度不断增加为主要特征。短裂纹的汇合造成裂纹发展且裂纹路径以穿晶为主。