缺口应力集中系数对TC4 ELI合金低周疲劳性能的影响

研究了缺口应力集中系数不同的深海潜水器耐压壳用TC4 ELI(Extra-low-interstitial)合金板材在恒总应变幅控制下的低周疲劳行为。结果表明,在应变幅较低(0.7%以下)和应变幅较高(0.8%和0.9%)条件下的光滑试样在循环初期分别发生了循环硬化和循环软化,而缺口试样在0.2%～0.7%应变幅条件下的循环初期均发生了循环硬化。通过循环载荷作用下材料滞回能的变化描述了TC4 ELI合金试样低周疲劳的损伤程度,得到了缺口应力集中系数与低周疲劳性能参数之间的关系,建立了相对裂纹萌生寿命预测模型。利用该模型能较好地预测缺口应力集中系数较低的TC4 ELI合金在高应变幅条件下的相对疲劳裂纹萌生寿命。     

Ti-6Al-4V钛合金细晶组织的应变疲劳行为研究

研究了Ti-6Al-4V钛合金细晶等轴组织的应变疲劳性能及其断裂行为.实验结果表明,Ti-6Al-4V铁合金的应变疲劳的过渡疲劳寿命Nt约为560个循环周次,其疲劳行为具有非常明显的循环软化特性.在不同应变幅测试条件下,均为多源疲劳萌生模式.Ti-6Al-4V合金应变疲劳断口表面大量的二次裂纹特征说明该合金具有优异的应变疲劳性能.     

500MPa级针状铁素体钢的低周疲劳行为

采用光滑圆柱疲劳试样,通过对500MPa级针状铁素体钢进行轴向总应变控制模式的室温低周疲劳实验,研究了实验钢的循环应力-应变行为、应变-寿命特性及循环应力响应。结果表明:当总应变幅为临界应变幅时(Δεt/2=0.35%),循环一开始就进入饱和状态,应力幅值保持不变;当总应变幅低于临界应变幅时(0.2%≤Δεt/2<0.35%),实验钢表现出循环软化特性;当总应变幅高于临界应变幅时(0.35%<Δεt/2≤0.6%),实验钢先表现出循环硬化,达到循环饱和后又表现出循环软化特性。疲劳断口的SEM分析表明,疲劳裂纹通常萌生于试样一侧的表面,具有多源性,且裂纹的扩展符合Laird的塑性钝化机制。     

无铅焊料Sn-3.8Ag-0.7Cu的低周疲劳行为

测量了Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅焊料试样的循环滞后回线、循环应力响应曲线、循环应力-应变和应变寿命关系,研究了焊料在总应变幅控制下的低周疲劳行为结果表明:该焊料合金在总应变幅较高(1%)时发生连续的循环软化,而在总应变幅较低(≤0.4%)时则表现为循环稳定.线性回归分析表明,该焊料的低周疲劳寿命满足Coffin-Manson经验关系式,由此给出了焊料在室温下的低周疲劳参数.采用扫描电镜观测和分析了焊料在疲劳前后的组织特征.     

基于小裂纹理论的铸造钛合金ZTC4疲劳寿命预测

铸造钛合金ZTC4在飞机和航空发动机上应用日益广泛.深入研究ZTC4疲劳全寿命预测方法,旨在为航空构件的损伤容限设计和寿命预测探索新的途径.本文以宏观和微观结合的手段,采用板材试样的高周疲劳试验、中心裂纹试样的长裂纹扩展试验和扫描电子显微镜(SEM)的断口分析等三种试验,研究了ZTC4在室温恒幅载荷条件下的疲劳断口特征和裂纹扩展行为;对引起疲劳失效的主要原因-材料初始缺陷(夹杂或气孔)进行了定量表征;基于Newman裂纹闭合模型建立了ZTC4长裂纹的(da/dN)-△Keff基线数据;通过对平板内埋椭圆裂纹的断裂力学分析,从基于微观结构和断口分析统计确定的初始缺陷尺寸出发,对ZTC4在恒幅载荷条件下两种应力比的疲劳全寿命进行了预测和实验验证,得到了具有较好学术意义和工程应用价值的研究结果.     

氢处理对铸造钛合金低周疲劳寿命及断裂韧性的影响

本文研究了氢处理对铸造钛合金的低周疲劳寿命及断裂韧性的影响,发现经氢处理后铸造钛合金粗大的魏氏组织转变成细小的等轴组织,其应变低周疲劳寿命大大延长,在低周疲劳过程中,应变量较小时,试样出现循环硬化现象,而在应变量较大时,出现循环软化现象,氢处理后材料的断裂形式由脆性断裂转为韧性断裂;断裂韧性提高。     

氢处理对铸造钛合金低周疲劳寿命及断裂韧性的影响

本文研究了氢处理对铸造钛合金的低周疲劳寿命及断裂韧性的影响,发现经氢处理后铸造钛合金粗大的魏氏组织转变成细小的等轴组织,其应变低周疲劳寿命大大延长。在低周疲劳过程中,应变量较小时,试样出现循环硬化现象;而在应变量较大时,出现循环软化现象。氢处理后材料的断裂形式由脆性断裂转为韧性断裂;断裂韧性提高。     

TC17钛合金盘件的低周疲劳行为

研究了p锻TC17钛合金压气机盘件的应变控制低周疲劳性能及疲劳裂纹扩展途径.结果表明,当应变量△ε/2在0.5%～2.0%范围内,应变比R=-1和循环超过10次后,材料基本上表现为轻度的循环软化.疲劳裂纹萌生于试样表面.当疲劳裂纹与片状α或晶界α之间的夹角小于45°,裂纹沿片状α或晶界α的界面扩展;否则,疲劳裂纹将以穿过片状α或晶界α的方式增长.     

两种组织TC11钛合金薄板弯曲疲劳性能的研究

本研究选取了具有（α＋β）等轴组织和α／β粗片层组织的TCll钛合金作为研究对象,采用研究了TCll合金薄板样品在恒总应变幅控制下的弯曲疲劳性能及其损伤行为,通过对疲劳开裂路径和断裂的观察与表征,探讨了疲劳损伤与组织结构间的关系。研究发现,恒总应变幅控制下的等轴组织TCll钛合金薄板的弯曲疲劳性能明显的高于粗片层组织合金。等轴组织合金的疲劳裂纹沿α相中的滑移带萌生并扩展,片层组织样品疲劳裂纹沿着α相或与片层垂直的方向扩展。     

800MPa级低合金高强度钢的循环软硬化特性

在不同应变级别控制下,研究了800MPa级低合金高强度钢10CrNiSMoV轴向加载低周循环软硬化特性,研究结果表明：应变加载级别不同,材料表现出不同的循环软硬化特性,当应变幅在0．4％～1．0％范围变化时,材料表现出循环软化的特性,且应变幅越大,循环软化速率越高;当应变幅在0．30％-0．40％范围变化时,材料表现出先硬化,再趋于循环饱和,再轻微循环软化直至断裂的特性。采用透射电镜观察了不同应变级别下试样断口的位错形态,用位错理论解释了产生上述现象的原因。     

发动机用灰铸铁的低周疲劳行为

研究了发动机缸体用灰铸铁材料在室温、150℃和250℃下的低周疲劳行为。根据对拉伸应力-应变、循环应力-应变和应变-疲劳寿命数据的分析,给出了疲劳参数。结果表明:在高温下灰铸铁的弹性模量、强度降低,延伸率增大;循环应力响应表明,在较小的应变幅下经历初期循环硬化、循环软化、断裂,而在高温和较大应变幅下几乎没有硬化阶段,循环软化至断裂;其室温疲劳寿命最长,150℃最短,250℃居中。微观分析结果表明:疲劳裂纹萌生于片状石墨尖端、夹杂物及孔洞处,沿石墨扩展,夹杂物导致分支裂纹及裂纹偏转,延缓裂纹的扩展;灰铸铁的疲劳断裂方式为沿晶和准解理断裂的复合机制,存在扇形解理面和二次裂纹,解理台阶上观察到疲劳条带和韧窝。     

含Zr、Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金的低周疲劳行为

利用透射电子显微镜和低周疲劳试验机研究了单级时效状态及回归再时效状态两种含Zr、Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金的微观组织和低周疲劳性能。结果表明:单级时效基体析出相以η′相为主,晶界析出连续分布平衡相,并伴有晶间无析出带;回归再时效基体析出相略有长大,晶界析出相长大明显,无析出带变宽。低周疲劳加载条件下,合金在0.4%~0.7%外加总应变幅范围内表现出循环稳定性;在0.8%的应变幅下,呈现先软化后硬化。在0.4%~0.6%较低的外加总应变幅范围内,回归再时效合金表现出较高的低周疲劳寿命。两种状态合金的塑性应变幅和弹性应变幅与载荷反向周次之间均成直线关系,并可分别用Coffin-Manson公式和Basquin公式来描述。两种状态的合金的疲劳裂纹均萌生于试样表面,并以穿晶方式扩展。     

热障涂层对K417G合金高温低周疲劳行为的影响

研究了涂覆热障涂层的K417G合金800℃下由应变控制的高温低周疲劳行为,并对其循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析,给出了涂覆热障涂层K417G合金的高温应变疲劳参数。结果表明:K417G合金无涂层和涂覆热障涂层状态下的低周疲劳均属于应力疲劳,以弹性损伤为主;总应变幅较大时,涂覆热障涂层的K417G合金低周疲劳寿命稍优于无涂层的K417G合金。疲劳试样断口的微观分析表明:热障涂层对K417G合金低周疲劳裂纹萌生方式无明显影响;疲劳裂纹通常萌生于疲劳试样的表面或近表面,表现为穿晶扩展。     

Al-5.4Zn-2.6Mg-1.4Cu合金板材的低周疲劳行为

进行Al-5.4Zn-2.6Mg-1.4Cu合金板材的室温低周疲劳实验,对比研究了轴向平行于轧制方向(RD方向)和垂直于轧制方向(TD方向)试样的低周疲劳行为。结果表明：对于0.4%~0.8%的外加总应变幅,RD和TD方向合金试样的循环应力响应行为均呈现出循环稳定;对于相同的外加总应变幅,TD方向合金的循环应力幅值高于RD方向,而RD方向合金的疲劳寿命高于TD方向。对于RD和TD方向,Al-5.4Zn-2.6Mg-1.4Cu合金的塑性应变幅、弹性应变幅与载荷反向周次均呈线性关系。在低周疲劳加载条件下,裂纹在疲劳试样的自由表面以穿晶方式萌生和扩展。     

热等静压对圆形加载路径下A319铝合金多轴疲劳特性的影响

采用MTS809拉扭复合疲劳试验机、扫描电镜(SEM)研究了热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)处理前后,圆形加载路径下,A319铝合金多轴疲劳特性。结果表明,HIP处理后,材料中的孔洞缺陷数量减少,疲劳失效过程中产生的微裂纹的数量减少且尺寸减小。相同等效应变幅值下产生的轴向应力幅值、切向应力幅值、等效应力幅值均显著增加。材料轴向上表现为先产生循环硬化而后循环软化,切向则表现为先产生循环硬化后趋于循环稳定,HIP处理前后循环软化硬化趋势大致相同。轴向应力应变滞后回线、切向扭矩扭角滞后回线面积有所降低,附加强化效果增强。     

细晶化和余热处理抗震钢筋的高应变低周疲劳行为分析

基于钢筋混凝土中钢筋在地震交变载荷下的失效模型,采用恒应变控制方式,室温下对细晶化和余热处理两种生产工艺得到的400MPa级抗震钢筋的高应变低周疲劳性能进行了研究。疲劳寿命数据用双参数威布尔统计方程处理后采用Coffin-Manson和Hollomon公式拟合。为了计算地震载荷下钢筋的能量吸收率,建立一个新的预测模型并命名为循环韧度。结果表明,相对于余热处理钢筋,细晶钢筋具有更高的循环韧度、低周疲劳寿命,以及疲劳过渡寿命。余热处理钢筋在±1%应变幅以上加速循环软化,这是由于其表层回火马氏体中二次裂纹在循环载荷下萌生并快速扩展造成的。细晶钢筋循环塑性应变均匀,裂纹开裂几率小,具有较好的高应变低周疲劳性能。     

氢氟酸浓度对钛合金油管的疲劳行为的影响

基于Zr-Mo系钛合金(0.6Zr3Mo)油井管在服役过程中因工作环境而导致的疲劳断裂问题，通过应力加载的方式研究了钛合金在不同浓度氢氟酸环境与实验室环境下的疲劳性能，并对其进行比较。结果表明：在70%σ_s应力幅作用下钛合金在有无腐蚀环境下均呈现循环软化特性；氢氟酸溶液促进了钛合金疲劳裂纹形核并加速了疲劳裂纹扩展速率，缩短了钛合金的疲劳寿命，并且疲劳寿命随腐蚀液浓度的增加呈下降趋势；氢氟酸浓度对钛合金的裂纹扩展方式具有一定影响，在实验室环境下钛合金裂纹扩展主要为周期性解理；在低浓度氢氟酸环境下由于氢氟酸腐蚀形成的二次裂纹容易诱发解理面的形成，裂纹扩展仍以解理的方式扩展；而在高浓度氢氟酸环境下裂纹的扩展方式有所改变，裂纹在韧性区扩展程度增加，以解理形式扩展的程度有所下降。     

基于材料低周疲劳的裂纹扩展预测模型

该文基于疲劳裂纹尖端循环应力-应变场, 定义了基于应变幅的平均单位循环损伤参量D, 并引入Miner累积损伤率, 从而从理论上建立起材料低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展行为之间的联系。以裂尖扩展方向上的单调塑性区尺寸作为疲劳过程区大小, 并提出了基于弹塑性应变疲劳累积损伤的疲劳裂纹扩展预测模型。模型改进了前人提出的疲劳裂纹扩展预测模型, 考虑了单调塑性区内所有材料的弹塑性应变疲劳损伤贡献;模型中参数均有物理意义, 不需要人为调试。基于完成的Cr2Ni2MoV 材料的低周疲劳结果所建立的该文新模型对该材料裂纹扩展速率的预测结果与实验结果有良好一致性。并且, 借助手册数据, 在TC4钛合金材料上进一步得到了验证。     

镍基高温合金GH4169的热机械疲劳行为

在不同温度区间、不同条件下进行GH4169合金的热机械疲劳实验测试其热机械疲劳数据,研究了这种合金的热机械疲劳行为。结果表明：GH4169合金在热机械条件下的迟滞回线具有明显的拉压不对称性;同相位时材料承受压应力,反相位时承受拉应力。拉应力,是影响疲劳寿命的主要因素。应变幅较高时GH4169合金出现平均应力松弛,在高温半周为先循环软化后循环稳定,在低温半周始终趋于循环稳定。     

α污染层对ZTC4钛合金铸态试样冲击性能的影响

在表征ZTC4钛合金铸件污染层的基础上,分析了α污染层对ZTC4钛合金铸态试样冲击性能的影响情况。实验结果表明,α污染层主要是由钛液与铸型材料界面反应产生的,为粗大的α片层组织。α污染层的存在对ZTC4钛合金铸态试样冲击性能影响显著,当铸态试样含α污染层一侧受冲击时,冲击强度下降了近9%;而当铸态试样含α污染层一侧的背面受冲击时,冲击强度下降了近80%,α污染层严重恶化了ZTC4钛合金铸态试样的冲击性能。