高温下直流电位法测量裂纹长度的应用

介绍了用直流电位法测量疲劳裂纹长度方法的基本原理、实现方法及所需配置的仪器，并对有关影响因素作了分析。该测量系统主要用于高温下的各种材料在恒幅载荷下的疲劳裂纹扩展和门槛值试验中的疲劳裂纹长度的测量，可提高测量疲劳裂纹长度的自动化水平。     

直流电位法检测高温合金的疲劳裂纹扩展性能

介绍了在高温下使用直流电位法测定疲劳裂纹长度的基本原理、试验方法及所需配置的仪器,并对有关影响因素进行了分析;并利用Johnson的分析型关系式,研究了一种适用于自动测定材料高温疲劳裂纹长度的直流电位法,该方法已成功应用于高温合金疲劳裂纹扩展试验,其测得的疲劳裂纹扩展速率da/dN-ΔK数据与长焦聚显微镜法测得的数据完全一致。     

基于交流电位法的疲劳裂纹长度测量方法与装置

阐述了交流电位法测量疲劳裂纹长度的原理和方法,并研制了一套基于交流电位法的疲劳裂纹长度测量装置。该测量装置以LabVIEW为平台,构成了虚拟仪器系统,对数据进行采集、分析和处理,实现了可视化操作、自动测量、曲线显示和数据保存等功能。利用该设备测试了Ti1023钛合金和7055铝合金两种材料试样的疲劳裂纹扩展情况。试验结果表明:该设备的分辨率小于1μm,利用该装置可以连续测试电压随疲劳周次的变化曲线,并根据标定关系实时转换成裂纹长度随疲劳周次的变化曲线。     

疲劳载荷下工业纯铁表面与内部裂纹长度的研究初探

疲劳裂纹扩展试验中,采用表面裂纹长度作为疲劳裂纹长度进行疲劳裂纹扩展计算和疲劳裂纹扩展模型建立的过程中,会导致计算的最终结果和模型产生一定的误差。对工业纯铁板材试样进行疲劳裂纹扩展试验,分析疲劳裂纹扩展过程中裂纹长度与裂纹扩展速率的关系,以及对疲劳裂纹扩展断口形貌特征进行观察。结果表明,上述2种方法均可来确定表面裂纹长度和内部裂纹长度之间的关系。     

介质电导率对直流电压降法测试腐蚀疲劳裂纹长度准确性的影响

研究了高含量NaCl水溶液环境对直流电压降(DCPD)法测试腐蚀疲劳裂纹长度准确性的影响。结果表明:在同一裂纹长度下,随着溶液中NaCl含量的增加,DCPD法测得的电压降出现少量下降;不同NaCl含量溶液中拾取的DCPD信号变化均在±0.2%以内;溶质含量增加使得测得的裂纹长度与实际裂纹长度之间的差异增大,但是均在允许误差范围以内;与纯水相比,质量分数为0.5%的NaCl溶液加速了哈氏C-276合金的疲劳裂纹扩展速率约1.5倍,继续提高溶质含量对于促进疲劳裂纹扩展的效果不再显著。     

金属热疲劳a-N曲线测定方法的研究

提出了在金属的热疲劳试验中,用测试样表面裂纹代替测断口裂纹,用“单组试样法”代替“多组试样法”来测定a-N曲线;通过同一循环次数时试样在不同表面粗糙度条件下的实际观测和所测裂纹长度的比较,确定出测量表面裂纹长度所必须达到的粗糙度指标;给出了用“单组试样法”测定a-N曲线的具体操作方法;分析了金属热疲劳裂纹扩展的一般规律并提出了拟合a-N曲线的方法。     

金属热疲劳α-N曲线测定方法的研究

提出了在金属的热疲劳试验中,用测试样表面裂纹代替测断口裂纹,用"单组试样法"代替"多组试样法"来测定α-N曲线;通过同一循环次数时试样在不同表面粗糙度条件下的实际观测和所测裂纹长度的比较,确定出测量表面裂纹长度所必须达到的粗糙度指标;给出了用"单组试样法"测定α-N曲线的具体操作方法;分析了金属热疲劳裂纹扩展的一般规律并提出了拟合α-N曲线的方法.     

疲劳破坏概率分析中的细节疲劳额定值研究

本文对小裂纹阶段疲劳寿命与裂纹长度之间的关联进行了探讨，给出了结构细节疲劳额定值（ＤＦＲ）与疲劳裂纹长度之间关系的数学模型，并通过试验进行了分析和验证，提供了基于概率疲劳的较小裂纹的疲劳破坏概率的分析方法。     

高温合金的高温疲劳裂纹扩展门槛值试验

疲劳裂纹扩展门槛值反映材料抗裂纹扩展的能力,是重要的材料性能指标。室温疲劳试验已经成为标准试验方法,但是该方法能否拓展到高温下,并应用于高温合金,尚无试验数据。根据目前的测试技术,试验温度在600℃以下可以使用目测法进行裂纹扩展试验,而在600℃以上,由于试样表面氧化,目测无法观察,所以使用自动测量方法——直流电位法。但由于裂纹扩展门槛值试验时间很长(上百小时),试验难度非常大。该文介绍了粉末高温合金、变形高温合金以及定向凝固高温合金3种高温合金最高到850℃的疲劳裂纹扩展门槛值试验,使用目测法和直流电位法两种方法进行裂纹长度测量。结果表明:直流电位法可以用于高温疲劳裂纹扩展门槛值试验,但试验数据还存在一定的分散性,尚需进一步研究提高裂纹长度测量精度。     

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。     

柔度法测量三点弯曲试样弹性模量的影响因素

根据柔度法测量金属材料裂纹长度的原理,讨论了测量三点弯曲SE(B)试样弹性模量的影响因素,并分析了主要因素的影响。在此基础上,用柔度法测量了裂纹尖端张开位移(CTOD)试验用大尺寸SE(B)试样预制疲劳裂纹的长度。经断口测量发现,用柔度法测量的两组母材与焊缝试样的原始裂纹长度具有很好的同一性,为进一步进行CTOD试验提供了保证。     

SiCp/Al梯度复合材料疲劳裂纹扩展和亚临界扩展行为

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料，研究了其疲劳裂纹扩展行为及其亚临界裂纹扩展行为。疲劳裂纹从30％SiC层向5％SiC层扩展时，发生了裂纹扩展延滞；而在静载下，当裂纹从30％SiC层向5％SiC层扩展时，随着裂纹长度的增加其裂纹扩展阻力增大。     

加载载荷对ADB610钢疲劳裂纹扩展性能的影响研究

针对ADB610新型低碳贝氏体钢,采取紧凑拉伸试样、恒幅加载方式,在应力比为0.1时进行3种不同加载载荷下多试样的疲劳裂纹扩展试验,并测出裂纹扩展长度a和循环寿命N的a-N试验数据。然后采取七点递增多项式法对a-N试验数据拟合计算疲劳裂纹扩展速率。结果表明,加载载荷较小时,ADB610钢循环寿命较长;在疲劳裂纹扩展的初始阶段,加载载荷小的疲劳裂纹扩展速率相对较慢,但随着疲劳裂纹逐渐扩展,加载载荷小的疲劳裂纹扩展速率反而更大一些。     

工程机械用钢焊后疲劳断裂特性研究

为了研究高强钢在工程机械焊接结构中的疲劳特性,对HQ70、1E0170和WH60钢焊接接头的疲劳裂纹扩展特性进行了较系统的研究。研究中应用了一种柔度法疲劳裂纹自动测量系统进行裂纹长度测量。用三点弯曲试样对这些焊接结构的疲劳特性进行研究。用三参数方程和Paris公式回归得出这些钢种焊缝的裂纹扩展规律及门槛值,对研究结果进行讨论。HQ70钢焊接件的疲劳特性较其它两种钢都好。焊接质量对疲劳裂纹扩展特性影响很大。由于焊接接头的裂纹扩展速率波动较大,测量门槛值时应特别小心。     

激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

为了研究激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,采用激光熔覆技术,通过逐层堆积TC4钛粉,对TC4钛合金板表面凹槽进行修复。利用光学显微镜和扫描电镜分别观测试样的微观结构和疲劳断口,采用疲劳裂纹扩展实验测定试样裂纹长度与循环次数,利用修正的七点递增多项式拟合法获得每组3个试样在相同裂纹长度下的疲劳裂纹扩展速率。实验结果表明:激光修复区由β晶粒和沿晶界连续分布的α相组成,属于典型的魏氏组织,热影响区由等轴的α晶粒和β转变组织组成,属于典型的双态组织;同母材相比,激光熔覆修复件疲劳裂纹扩展速率显著降低。TC4钛合金熔覆修复件抗疲劳裂纹扩展能力的提高归因于魏氏组织断裂韧性高和双态组织优异的综合力学性能。     

当量加速腐蚀条件下7B04-T6高强度铝合金疲劳裂纹扩展规律研究

基于编制的机场环境加速试验谱,针对关键结构高强度铝合金件进行当量腐蚀试验,在实验室条件下成功地模拟和再现了服役环境条件的腐蚀损伤,借助复型法观测得到了腐蚀损伤的演化规律;通过预腐蚀疲劳试验和疲劳断口扫描电镜定量分析,得到了裂纹长度a与循环次数N数据集,分析了裂纹扩展速率da/d N与应力强度因子幅值ΔK的对应关系,定量表征了不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹扩展行为的影响规律.结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹扩展过程中有经典的小裂纹扩展阶段;随着腐蚀损伤的加重,小裂纹行为不明显;腐蚀损伤越严重,疲劳裂纹扩展速率越快,结构抗疲劳性能显著退化.     

高温合金热疲劳实验机的研制及实验研究

介绍了用于测试高温合金热疲劳性能的热疲劳实验机。该实验机主要用于定性地测量合金在某一条件下循环规定的次数后热疲劳裂纹扩展的长度,或热疲劳裂纹在扩展一定长度下循环的次数。该实验机的优点是:完全自动化、运行灵活、定位准确。通过对DZ951定向凝固镍基高温合金进行实验研究,表明该热疲劳实验机具有较好的稳定性和可靠性。DZ951合金主要通过铝和铬元素氧化,产生氧化孔洞。热疲劳裂纹通过孔洞相互连接萌生和扩展。合金具有两条热疲劳裂纹,且扩展具有一定方向,与枝晶生长方向成45°扩展。     

利用原位观察技术测定TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值

针对目前金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定中存在的测定周期长、试样尺寸较大以及单位周次裂纹扩展长度测量误差较大等问题,采用扫描电镜原位观察技术测定了TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值,即通过扫描电镜对裂纹扩展长度的实时精确测定实现快速获得材料的疲劳裂纹扩展门槛值。结果表明：利用该方法测得的TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与已报道的数据基本一致,并且具有快速简便等优点,表明该方法可以用来测定金属材料的疲劳裂纹扩展门槛值。     

声发射技术监测疲劳损伤探讨

在实验室的高频疲劳试验机上,对紧凑拉伸试样进行疲劳损伤试验,用声发射技术记录声发射参数的变化.使用小波分析识别降噪方法和外触发采集卡(只在裂纹扩展时才采集数据,裂纹闭合时不采集数据)等措施,将各种噪音分离出去,最后只有试样的疲劳损伤裂纹起裂和扩展的声发射波形信号,经处理后获得的疲劳裂纹扩展长度与应力循环次数关系,接近于人工测得的疲劳裂纹扩展长度与应力循环次数关系曲线.     

TC21合金315℃高周疲劳光滑和缺口试样断口分析

开展了TC21研究合金光滑和缺口试样的315℃高周疲劳实验,并对疲劳断口进行详细观察,研究了缺口对TC21合金疲劳寿命的影响.结果表明,光滑和缺口试样的疲劳强度比值随循环寿命降低而降低;光滑试样的失稳疲劳裂纹长度随循环应力升高而降低;瞬断区所承受的断裂应力随循环应力升高而降低;这说明裂纹失稳决定试样的断裂,缺口试样断口有多个裂纹源,以缺口试样名义应力乘以应力集中因子与光滑试样的应力相等作为比较时,缺口试样主裂纹长度大于光滑试样的裂纹长度,缺口试样的裂纹扩展寿命更长.