EFFECT OF ENVIRONMENT ON THE BEHAVIOR OF FATIGUE CRACK GROWTH IN AN AS-ROLLED DUAL-PHASE STEEL

本文研究了一种热轧双相钢在空气和3.5%NaCl 溶液中的疲劳裂纹扩展行为,这种双相钢在空气中具有较好的疲劳裂纹扩展阻力。在3.5%NaCl 溶液中的门槛值比空气中高,这是裂纹内腐蚀产物的楔子作用所致。随着应力比的增加,门槛值降低,并符合应力比对门槛值影响的竞争模型。在较高△K 下,扩展速率符合Paris 公式。在3.5%NaCl 溶液中的腐蚀为活性腐蚀。     

16Mn钢在空气和3.5% NaCl溶液中的疲劳行为

采用哑铃状平板试样,分别研究了16Mn钢在空气中和3.5%NaCl溶液中的疲劳行为,获得了S-N曲线,并对疲劳试样的表面和断口形貌进行了观察。结果表明:3.5%NaCl溶液(与空气相比)使16Mn钢的疲劳强度有较大程度的降低,在空气中16Mn钢的疲劳极限为200 MPa,而在3.5%NaCl溶液中该钢则不存在疲劳极限;空气中的疲劳试样只有一个萌生于试样表面基体的裂纹源,而3.5%NaCl溶液中该钢的疲劳试样一般有多个裂纹源,除了极少数萌生于试样表面基体处,其余均萌生于表面的点蚀坑;空气中疲劳试样裂纹扩展区的断口形貌以疲劳辉纹为主,而3.5%NaCl溶液中的则以沿晶开裂等脆性特征为主。此外还对空气中16Mn钢的疲劳极限进行了预测,预测值与试验值基本吻合。     

中碳高强度钢腐蚀疲劳研究

文中研究了35CrMo 及40CrNiMo 钢淬火不同温度回火时,在3.5%NaCl 盐雾介质中的腐蚀疲劳行为以及35CrMo 钢在3.5%NaCl 水溶液,0.1NHCl+3.5%NaCl 水溶液和空气中的腐蚀疲劳行为。结果表明,40CrNiMo 钢随回火温度升高,盐雾介质中腐蚀疲劳抗力增加,裂纹止裂倾向也增大。5.5Hz 时随介质的 pH 值降低,裂纹扩展加速。电镜断口观察表明,盐水介质腐蚀疲劳是以氢脆机制为主,盐雾介质疲劳是以阳极溶解机制为主。     

不同腐蚀环境对7475-T7351铝合金疲劳性能及裂纹扩展速率的影响

采用轴向加载疲劳和疲劳裂纹扩展速率性能测试方法,研究了不同腐蚀环境对7475-T7351铝合金厚板疲劳及裂纹扩展性能的影响.结果表明:腐蚀环境对7475铝合金的疲劳性能有较大影响,油箱积水和3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液中光滑试样的疲劳强度较室温下降约68%,油箱积水和3.5%NaCl溶液环境对材料疲劳强度的影响程度基本相同;不同环境腐蚀(空气和3.5%NaCl)和不同温度(室温和125℃)对材料的低周疲劳性能影响不大;腐蚀环境对裂纹扩展有较明显的加速作用,油箱积水和3.5%NaCl溶液环境对裂纹扩展的加速规律基本一致.     

2205双相不锈钢在NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为

为提高2205双相不锈钢的使用安全性,采用光学显微镜和力学性能测试等方法,研究了2205双相不锈钢在NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为。结果表明:与空气中相比,2205双相不锈钢在NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展门槛值有降低的趋势,近门槛区的裂纹扩展速率有所提高,并且裂纹扩展由近门槛区向稳态扩展区转变的临界ΔK提高;在稳态扩展阶段,NaCl溶液使裂纹扩展速率显著提高,导致疲劳寿命显著降低;当NaCl浓度在0.5%~26.6%范围内时,随着浓度的增大,稳态扩展阶段的Pairs方程参数m值呈增大趋势,C值呈减小趋势;NaCl溶液中力学和环境因素的交互作用,加速了疲劳裂纹扩展,材料一旦进入稳态扩展就更容易进入高速扩展区并最终发生断裂。     

空气和腐蚀环境下双相不锈钢SAF2507的疲劳性能

对超级双相不锈钢SAF2507分别在空气和3.5%NaCl溶液中进行旋转弯曲疲劳实验,研究两种介质下SAF2507不锈钢的疲劳性能。结果表明:宏观上,双相不锈钢SAF2507在3.5%NaCl腐蚀环境中的疲劳强度较空气中的下降幅度小,为空气下的90%。但微观上,空气中疲劳断口表现为韧性断裂,在铁素体和奥氏体相上呈现大量疲劳辉纹;腐蚀环境下,奥氏体为韧性断裂,而铁素体呈现解理断裂模式。两相上疲劳辉纹的宽度和间距随着晶粒位向及二次裂纹的开裂而不同。在奥氏体-铁素体双相不锈钢的疲劳断口中,不能根据疲劳辉纹的间距进行相的鉴别。     

14MnNbq焊接桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为研究

该文系统地研究了14MnNbq桥梁钢焊接热影响区的疲劳裂纹扩展行为。首先,由中心穿透裂纹(MT)试样疲劳裂纹扩展试验,获得了不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率和门槛值;然后考察了应力比R的影响,给出了适于不同应力比的疲劳裂纹扩展速率和门槛值的一般表达式;最后提出了一种由疲劳裂纹扩展门槛值▽Kth确定闭合参数U的新方法,将控制疲劳裂纹扩展的有效应力强度因子幅度写为▽Keff=▽K-▽Kth,由此讨论闭合参数U的确定方法。研究结果表明:对于14MnNbq焊接桥梁钢,该文给出的疲劳裂纹扩展速率表达式与试验结果符合得相当好。     

800MPa级钢悬臂弯曲加载低周腐蚀疲劳表面裂纹扩展特性研究

在悬臂弯曲加载方式下,研究了800MPa级10CrNiMo结构钢在3.5%NaCl水溶液中的低周腐蚀疲劳表面裂纹扩展特性,采用金相显微镜、扫描电子显微镜及X射线能谱仪观察并分析了腐蚀疲劳试样断口,与空气中相同加载方式下该材料的低周疲劳表面裂纹扩展速率进行了比较,结果表明,在表面裂纹扩展初期,在3.5%NaCl水溶液中的表面裂纹扩展速率较空气中的快,但随着总应变范围的增加,这种快的趋势在逐渐减小,当总应变范围达到约1%时,在两种环境中的表面裂纹扩展速率基本相当;在表面裂纹扩展的后期,裂纹内部聚集了大量的腐蚀产物,该腐蚀产物主要为铁的氧化物,氧化物的存在增加了裂纹扩展的闭合效应,减缓了表面裂纹的扩展。     

HY-130钢在3.5%NaCl溶液中的短疲劳裂纹扩展

使用带有长度为0.4～2.5mm单侧裂纹的短裂纹试样在空气和3.5％NaCl溶液中进行了HY-130钢的疲劳裂纹扩展试验。发展了用直流电位差法连续检测短裂纹扩展。通过对长裂纹(长度大于10mm)的裂纹扩展速率与应力强度因子幅值(△K)之关系的比较,研究了在疲劳裂纹扩展中裂纹尺寸的化学诱发效应。一个长度为0.4mm的裂纹被认为是微观组织及力学意义上的长度,它在空气中呈现出与长裂纹相同的da/dN-△K关系,在3.5％NaCl溶液中,这种长度的裂纹比长裂纹扩展约快一倍。裂纹长度达1.1mm时,扩展速率与长裂纹的da/dN-△K曲线吻合,且根本不受应力幅值及应力比的影响。根据介质种类的输送方式,讨论了电化学裂纹模型。     

高压容器用钢疲劳裂纹扩展速率研究

研究了高压容器用Cr Ni Mo钢在空气中与3.5%Na Cl溶液介质中的疲劳裂纹扩展,结果表明,3.5%Na Cl溶液介质的存在加速了Cr Ni Mo钢的裂纹扩展,随着裂纹的进一步扩展,其加速作用越来越不明显。     

TC4ELI钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为研究

应力腐蚀是海洋装备用钛合金面临的主要威胁之一。为了给海洋装备的安全服役提供技术支撑，以海洋环境用TC4ELI钛合金为研究对象，根据恒位移WOL(楔形张开加载)试样测定K_ISCC的原理，系统开展了不同组织状态下TC4ELI钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为研究。用光学显微镜和扫描电镜观察了应力腐蚀试样断口形貌和裂纹扩展路径，用二次离子质谱仪分析了裂纹部位元素分布情况。结果表明：TC4ELI双态组织(α相与β相)板材的应力腐蚀门槛值K_ISCC为56.01 MPa·m^1/2,魏氏组织板材的应力腐蚀门槛值K_ISCC大于67.48 MPa·m^1/2,应力腐蚀试样断口主要由基体、疲劳预制区和撕裂区组成，双态组织试样疲劳预制区与撕裂区界面存在应力腐蚀区，裂纹尖端除主裂纹外还有部分次生裂纹出现；魏氏组织试样未发现明显应力腐蚀开裂特征，魏氏组织的抗应力腐蚀能力优于双态组织的。TC4ELI合金双态组织试样的应力腐蚀开裂以穿晶断裂为主，氢元素易于在裂纹尖端富集。     

WNQ570桥梁钢及其对接焊缝疲劳裂纹扩展性能试验研究

对WNQ570桥梁钢及其对接焊缝进行了疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值测定试验,采用两种不同数据拟合方法分别得到具有95%保证率的疲劳裂纹扩展参数。结果表明:本批次的WNQ570钢材具有良好的疲劳裂纹扩展性能,其中对接焊缝疲劳裂纹扩展速率高于母材;在应力强度因子幅值处于10 MPa·m1/2～70 MPa·m1/2的常规区间时,基于单试件数据点的处理结果对应的裂纹扩展速率明显高于基于成组数据点的处理结果;WNQ570的疲劳裂纹扩展速率随应力比增加而增加,疲劳裂纹扩展门槛值随应力比增加而降低。     

Ti-6Al-4V钛合金的疲劳裂纹扩展规律

针对熔模铸造Ti-6Al-4V钛合金的等幅疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值进行了研究。结果表明：该钛合金CT试样的疲劳裂纹扩展门槛值高于CCT试样的疲劳裂纹扩展门槛值,同一类试样的疲劳裂纹扩展门槛值随着应力比的增加呈下降趋势;疲劳裂纹扩展速率随着平均应力的增加以及应力水平的增加而增大;根据疲劳裂纹扩展试验数据拟合了Ti-6Al-4V钛合金Paris方程和Walker方程中的相关材料参数,以为材料的使用寿命评估及损伤容限设计提供参考。     

低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究

为了明确在寒冷地区服役桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为,以16 mm厚桥梁钢Q345qD为研究对象,完成了室温和低温下的夏比冲击韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值试验。结果表明,夏比冲击功和试样断口剪切断面率随温度的降低而减少;在应力比0.1、0.2和0.5条件下,疲劳裂纹扩展速率均随温度降低而变缓,该桥梁钢的疲劳韧-脆转变温度点在-60℃以下;在室温~-60℃,其裂纹扩展速率均对应力比的变化不敏感;应力比0.1条件下的疲劳裂纹扩展门槛值随温度的降低有略微增大的趋势。该批次桥梁钢表现出了良好的抵抗低温疲劳裂纹扩展性能,防止低温脆性破坏成为疲劳设计的重点;试验数据能为钢结构桥梁的进一步抗低温疲劳和防低温冷脆断裂设计提供参考。     

螺旋桨用铜合金ZCuAl8Mn14Fe3Ni2的疲劳裂纹扩展特性

采用标准紧凑拉伸CT试样及改进型CT试样,研究了螺旋桨用铜合金ZCuAl8Mn14Fe3Ni2在空气、自来水及3.5%氯化钠水溶液中的疲劳裂纹扩展特性。结果显示:在自来水中,试验材料的疲劳裂纹扩展速率与在空气中的差别不大,表明自来水对试验材料的腐蚀作用不明显;当应力强度因子范围ΔK在(17~32)MPa.m1/2之间变化时,在3.5%氯化钠水溶液中,试验材料的疲劳裂纹扩展速率明显比在空气中时快,表明试验材料同时受到了腐蚀作用,但当应力强度因子范围ΔK大于32MPa.m1/2时,这种腐蚀作用却随着ΔK的增加在逐渐弱化。研究结果为试验材料的工程应用提供了依据。     

桥梁高性能钢HPS485W疲劳裂纹扩展速率试验研究

以国产桥梁用高性能钢HPS485W为研究对象,对7.5mm、12.5mm和19.5mm的HPS485W紧凑拉伸试样分别在应力比R=0.1、R=0.5和R=0.8的疲劳荷载下进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验,采用七点递增多项式的方法进行局部拟合求得试样的疲劳裂纹扩展速率。与传统桥梁用钢14MnNb相比,该文试验测得高性能钢HPS485W具有更优越的忍受疲劳裂纹扩展能力。试验结果表明:试样厚度是影响疲劳裂纹扩展速率的关键因素;对同一厚度的试样,疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增大而增大。此外,对19.5mm试样在荷载比R=0.1的情况下,进行工程门槛值的试验测定和理论门槛值的数值求解,分析求得19.5mm的HPS485W的理论门槛值为7.22MPa·m1/2。该文试验得到的HPS485W疲劳裂纹扩展曲线,可用于高性能钢桥的抗疲劳、防断裂设计与寿命预测。     

马氏体含量对双相钢疲劳裂纹扩展门槛值的影响

双相钢的主要特点是具有强度与塑性的最佳配合,从而使其应用日益广泛,但对于双相钢显微组织对门槛值附近疲劳裂纹扩展的影响研究得很少,仅有的几篇文章也出现了一些相互矛盾的结果~([1-3])。本文通过研究,发现马氏体体积分数(f_M)对双相钢疲劳裂纹扩展门槛值(△K_(th))有显著的影响,得出了△K_(th)随(?)呈抛物线变化的定量关     

应力比对K55套管钻井钢疲劳裂纹扩展性能的影响

利用电液伺服疲劳实验机及SEM研究了应力比对K55套管钻井钢疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明:应力比对裂纹失稳区起始点对应的应力强度因子范围△K值具有显著的影响.随着应力比的增加,裂纹扩展失稳区起始点对应的裂纹扩展速率具有显著的降低,疲劳裂纹扩展门槛值也呈现显著的降低趋势.当疲劳裂纹逐渐由Paris区过渡到失稳扩展区,平均载荷逐渐取代应力强度因子幅度△K作为裂纹扩展的主导驱动力.当裂纹扩展至拉伸过载区,断口表面则呈现明显的冲击断裂特征.     

TC11钛合金全范围疲劳裂纹扩展速率表征

通过疲劳裂纹扩展试验研究了TC11钛合金在不同取向及应力比下的疲劳裂纹扩展行为。结果表明:在相同应力强度因子的情况下,随着应力比的增大,TC11钛合金的疲劳裂纹扩展速率增大。通过TC11钛合金的拉伸性能对裂纹扩展门槛值进行估算,得到了可以对TC11钛合金进行全范围疲劳裂纹扩展速率预测的疲劳裂纹扩展模型,为进一步估算其疲劳寿命提供了依据。     

6061-T6 铝合金激光焊接接头腐蚀疲劳裂纹扩展

目的研究6061-T6铝合金激光焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展特性,并分析裂纹扩展的影响因素。方法利用光纤激光器,焊接尺寸为150 mm×100 mm×4 mm(焊接方向、横向、熔深方向)的6061-T6铝合金,采用SE(B)三点弯曲疲劳裂纹扩展试验并利用连续降K法,分别在空气和人工海水中进行疲劳裂纹扩展试验,通过使用金相显微镜(OE)和扫描电子显微镜(SEM),对金相结构进行观测分析。结果同样工艺参数的焊接接头,在海水中疲劳裂纹门槛值(4.063 016 MPa·m~(0.5))大于空气中的门槛值(3.479 166 MPa·m~(0.5));在疲劳裂纹扩展中速区(da/dN10~(-5) mm/cycle)时,海水焊接接头疲劳裂纹扩展速率大于空气中的,低速区(da/d N10~(-5) mm/cycle)则小于在空气中的。结论成形良好的焊缝、晶粒细小的焊缝组织有助于接头疲劳裂纹扩展性能的提高;中速区,海水中疲劳裂纹扩展速率偏大,主要是由腐蚀条件下焊缝裂纹尖端阳极溶解和交变载荷共同作用导致;低速区,海水中疲劳裂纹扩展速率偏小,主要原因是腐蚀产物堆积于疲劳裂纹扩展尖端,产生较强裂纹闭合效应。