桥梁钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究

对桥梁用钢Q345焊接接头疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究。测得对接接头的硬度分布,结果表明,焊接接头焊缝中心处的硬度值较低,在热影响区的重结晶区存在硬度最高点,而在部分重结晶区存在硬度最低点,硬度最低点为对接接头的薄弱区。通过疲劳裂纹扩展速率测试,得到其对接接头不同区域的疲劳裂纹扩展a-N曲线以及lg(da/dN)-lgΔK曲线。分析对比对接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率lg(da/dN)-lgΔK曲线可知,在同一应力水平下,对接接头不同部位的疲劳裂纹扩展速率不同,热影响区的扩展速率较快,母材次之,焊缝金属最慢。并通过疲劳断口和焊接接头的显微组织,分析了其疲劳裂纹扩展速率不同的原因。     

Hastelloy C-276薄板激光焊接接头疲劳性能EI北大核心CSCD

对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板激光焊接接头进行疲劳试验,结合应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口形貌,研究母材及焊接接头的疲劳性能,分析母材和焊接接头的疲劳断裂机理。结果表明:0.5 mm Hastelloy C-276薄板焊接接头和母材的S-N曲线斜率基本相同,焊接接头疲劳性能和母材的基本相当;母材疲劳断口疲劳裂纹起源于试样侧表面,主要沿宽度方向扩展,随着应力的减小,疲劳源数目减少,疲劳裂纹扩展速率减小;焊接接头在母材和焊缝处随机断裂,焊接接头母材区断口形貌和母材断口形貌基本一致,而焊接接头焊缝区断口的疲劳裂纹起源于侧表面棱角处和焊缝表面,焊缝表面是主要疲劳源,裂纹主要沿厚度方向进行扩展,疲劳裂纹扩展区呈现出准解理断裂特征。     

基于两步七点拟合ADB610钢焊接接头疲劳裂纹扩展

在应力比为0.1、恒幅加载载荷下,对低碳贝氏体ADB610钢手工电弧焊焊接接头母材区、热影响区和焊缝区采用CT(紧凑拉伸)试样进行疲劳裂纹扩展试验研究。采用两步七点递增多项式拟合方法计算疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并计算应力强度因子范围(ΔK),分别将母材区、热影响区和焊缝区每个试样的(da/dN)和(ΔK)数据进行了回归拟合,得到了以Paris公式表达的ADB610钢母材区、热影响区、焊缝区(da/dN)与(ΔK)的关系式。并将这三区域中多个试样Paris公式中的参数取均值,得到三区域均值裂纹扩展速率表达式。结果表明,在裂纹扩展的初期和中期,母材区的裂纹扩展速率最快,焊缝区的裂纹扩展速率最慢;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展快慢相当。     

力学失配对电子束焊接接头疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了高温合金电子束焊接接头区的疲劳裂纹扩展行为,深入分析了接头区力学失配对疲劳裂纹扩展方向及疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,由于力学不均匀性的影响,电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展具有不稳定性,位于高匹配焊接区的疲劳裂纹偏离原裂纹扩展方向,跨越焊接区与母材,呈复合型扩展;焊接区疲劳裂纹的集团使得裂纹尖端有效应力强度因子减小,因而焊缝区裂尖局部有效裂纹扩展驱动力下降,导致接头的疲劳裂纹扩展速率下     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

X80大应变钢管焊接接头的疲劳性能北大核心CSCD

采用MTS landmark 370型液压伺服动静疲劳拉伸试验机研究了应力比(R=σmin/σmax)为0.1时X80大应变管线钢焊接接头的拉拉疲劳寿命;并采用显微硬度计和扫描电镜对焊接接头的硬度及疲劳断口进行了分析。结果表明:焊接接头的疲劳寿命显著低于母材;疲劳裂纹均萌生在焊缝熔合线处;裂纹沿热影响区向内扩展,当裂纹扩展到一定程度时,裂纹沿热影响区快速开裂。焊缝金属咬边所形成的夹杂物、焊缝的应力集中及热影响区性能恶化是疲劳裂纹萌生及快速扩展的原因。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的疲劳断口研究

采用单边缺口试样,用扫描电镜观察了TC4-DT钛合金母材及电子束焊接接头焊缝区与热影响区的疲劳断口,分别分析了疲劳裂纹起裂源、扩展区及瞬断区的断口形貌特征.结果表明,疲劳裂纹均起裂于试样缺口根部,并由试样的一侧扩展到另一侧,裂纹扩展初期均沿一定的结晶面扩展,属于脆性穿晶断裂;母材和热影响区的瞬断部位均有明显的韧窝出现,属于塑性沿晶断裂,而焊缝区断口上韧窝不明显;热影响区疲劳断口有疲劳条带出现,但在母材和焊缝区断口上很难看见.     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

Hastelloy C-276薄板激光焊接接头疲劳性能

对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板激光焊接接头进行疲劳试验,结合应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口形貌,研究母材及焊接接头的疲劳性能,分析母材和焊接接头的疲劳断裂机理。结果表明:0.5 mm Hastelloy C-276薄板焊接接头和母材的S-N曲线斜率基本相同,焊接接头疲劳性能和母材的基本相当;母材疲劳断口疲劳裂纹起源于试样侧表面,主要沿宽度方向扩展,随着应力的减小,疲劳源数目减少,疲劳裂纹扩展速率减小;焊接接头在母材和焊缝处随机断裂,焊接接头母材区断口形貌和母材断口形貌基本一致,而焊接接头焊缝区断口的疲劳裂纹起源于侧表面棱角处和焊缝表面,焊缝表面是主要疲劳源,裂纹主要沿厚度方向进行扩展,疲劳裂纹扩展区呈现出准解理断裂特征。     

HG785D钢在不同焊接工艺下的焊接接头疲劳裂纹扩展研究

对高强度低合金钢HG785D试样,采用两种不同的焊接方法进行焊接:其一是采用单一焊丝进行传统的等强度匹配焊接;其二是采用双金属复合等强度匹配焊接,即先用低强度焊丝(低于母材)焊第一层焊缝,然后用高强度焊丝(高于母材)焊第二层焊缝,依次交替,焊缝填满为止。对两种焊接工艺下的焊接接头进行疲劳性能研究,通过疲劳裂纹扩展速率测试,得到了两种焊接接头焊缝区域的疲劳裂纹扩展a-N曲线以及疲劳裂纹扩展速率da/d N-Δk曲线。分析对比其da/d N-Δk曲线可得,在同一应力水平下,传统焊接接头的疲劳裂纹扩展速率最慢,新工艺下焊接接头次之,母材的扩展速率最快。     

激光冲击TC17钛合金疲劳裂纹扩展试验

为研究激光冲击强化对钛合金试件疲劳性能的影响,在标准试件的裂纹扩展路径上设计了全强化和间隔强化两种不同的强化方案,研究激光冲击强化对试件疲劳寿命和裂纹稳定扩展时速率的影响规律,利用有限元数值模拟和X射线残余应力测试获得了试件的残余应力场分布状态,并对比分析了试件的断口形貌和微观组织特征。结果表明:相比于未强化试件,激光冲击强化后试件的平均疲劳寿命分别提高了2.14倍和1.90倍,两种不同的冲击强化方法分别降低钛合金试件的裂纹扩展速率24%和15%。间隔强化后试件表面产生-512 MPa的最大残余压应力,裂纹扩展的C′值为-7.3,m值为2.6,而强化间隔区引入最大值为82.4 MPa的残余拉应力,裂纹扩展速率急剧升高,C′值减小至-13.6,m值为8.0。当裂纹扩展到强化区时,扩展速率再次降低,激光冲击强化对TC17钛合金疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用。     

TB6钛合金疲劳及裂纹扩展性能研究

本文对TB6钛合金锻件弦向和径向两种取样方向分别进行了室温和200℃下旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳和疲劳裂纹扩展性能试验研究。试验结果表明,弦向（C）和径向（R）两种取样方向对该合金锻件的旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展性能没有影响;温度升高可加速该合金锻件的疲劳裂纹萌生,但在裂纹扩展阶段,该合金高温下的韧性优势与屈服强度降低的劣势平衡的结果使其在室温～200℃温度范围内的疲劳性能基本不受温度的影响;在10—20mm的厚度范围内,厚度对该合金的疲劳裂纹扩展性能没有影响;在3．5％NaCl盐雾环境中。腐蚀介质对TB6钛合金的疲劳裂纹扩展速率在初始阶段有迟滞作用,但在应力强度因子范围大于14MPa m后有加速作用。     

TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率

研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第I阶段和第III阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大;对两种片层组织结构的裂纹扩展速率分析结果表明,仅固溶态的组织在裂纹扩展的整个阶段具有较低的裂纹扩展速率,并且起裂区对应较高的应力强度因子,裂纹在固溶态组织中的扩展路径较固溶时效态的曲折。     

航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

目的研究TC4钛合金的振动疲劳特性及寿命预测。方法通过共振疲劳试验,分析裂纹尖端应力强度因子的变化规律,计算不同应力水平下疲劳裂纹扩展的速率,建立剩余寿命预测计算模型。结果裂纹尖端的应力强度因子是表征裂纹扩展速率快慢的有效参数,与裂纹长度及应力场的大小相关。在裂纹扩展初期应力为274 MPa的条件下,裂纹扩展速率的试验值与计算值吻合较好。通过寿命预测模型计算可知,当初始裂纹为0.5 mm,最终裂纹长度达到5 mm时,在应力为274、366、422 MPa的条件下,振动循环周期分别为36 577、19 090、13 865。结论在应力比为?1的振动条件下,裂纹扩展速率随应力水平的增大而加快,同时初始裂纹长度越长,应力相同时,裂纹扩展速率提高。通过寿命预测模型,可计算出结构件的使用寿命。     

基于全场法的航空Ti-2Al-1.5Mn钛合金疲劳裂纹扩展各向异性研究

准确定量表征航空重要承载结构材料抗疲劳裂纹扩展能力是实施结构件服役寿命评估的基础。本文针对航空用Ti-2Al-1.5Mn钛合金,沿着板材不同取向制备CT试样开展疲劳裂纹扩展速率试验,分别基于全场法及传统方法定量表征了裂纹扩展各阶段应力强度因子幅DK。结果表明：疲劳裂纹扩展速率da/dN-DK关系及裂纹扩展路径显著受到材料取向的影响。相比较于传统表征应力强度因子幅方法,基于全场法一方面能够直接考虑裂尖塑性变形引起裂纹闭合的影响,另一方面能够有效避免因裂纹扩展路径偏折带来的有效裂纹长度测量偏差,从而不能准确获取有效应力强度因子幅的问题,其具有显著优势。基于全场法的疲劳裂纹扩展应力强度因子幅表征具有广泛应用全景。     

Quantitative models on corrosion fatigue crack growth rates in metals: Part II. application of fatigue crack growth rate modeling for nickel-based superalloys at elevated temperatures

Approaches to predict da/dN-àK for environmental situations; including empirical interpolative equations, linear superposition of mechanical fatigue and time-based environmental cracking, and mechanism-based models; are presented. For several material-environment systems, these models were incorporated in fracture mechanics life prediction methods, and successes have been reported in evaluating the corrosion fatigue contribution. Considerable uncertainties are, however, associated with these models. The linear superposition analysis is emphasized; material-environment systems that are severely environment-sensitive should be adequately described by this method. Direct and indirect methods exist to define time-based crack growth rates for use in linear superposition predictions of da/dN. The linear superposition approach is effective, but only for those cases where K_ISCC is high relative to typical flawed component stress intensity levels. Empirical curve-fit models require an extensive environmental crack growth rate data base, which are costly to develop, and are effective for interpolations but not predictions of fatigue crack growth data. Mechanism-based models for broad predictions of cycle-time dependent da/dN versus àK, and other variables such as frequency or hold time, are in an infant state.     

不锈钢在循环扭转载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为

研究了带环状预裂纹不锈钢圆棒试样在循环扭转载荷下、门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为,用应力强度因子表征了裂纹扩展开始的门槛值．随着裂纹的扩展,裂纹扩展速率由于裂纹面的滑移接触而减小．通过外插裂纹扩展速率与裂纹长度之间的关系,可近似得到裂纹长度为零时无裂纹面滑移接触影响的裂纹扩展速率．施加的应力强度因子范围可分解为推动裂纹扩展的有效值和由于裂纹面的滑移接触而屏蔽掉的两部分．预测了疲劳裂纹的萌生和断裂极限,预测值和实验值相当一致．     

损伤容限型TC4-DT钛合金近门槛区疲劳裂纹扩展行为研究

研究了双态组织、片层组织TC4-DT钛合金在近门槛区的疲劳裂纹扩展行为,通过扫描电镜观察裂纹扩展路径及断口微观特征,研究了等轴初生α相含量对TC4-DT钛合金在近门槛区疲劳裂纹扩展速率的影响,讨论了TC4-DT钛合金的疲劳裂纹扩展行为和断裂方式。结果表明:随着等轴初生α相含量的降低,TC4-DT钛合金在近门槛值区的da/dN-△K曲线逐渐向下偏折,裂纹扩展速率明显降低,在Paris区出现转折点现象且转折点对应的△Kt值逐渐增大;片层组织在近门槛区的裂纹扩展路径曲折,疲劳裂纹扩展速率显著降低,表现出更好的损伤容限性能。     

GH864合金蠕变/疲劳裂纹扩展速率及a-N曲线分析

研究了GH864合金不同保载时间下650℃蠕变/疲劳裂纹扩展行为,分析了裂纹扩展过程中蠕变和氧化的作用,以及a-N曲线的转折点含义。结果表明:保载5s时GH864合金以穿晶断裂为主,疲劳作用占主导;保载90s时GH864合金以沿晶断裂为主,蠕变作用占主导。利用Saxena模型可较好地表征本实验条件下650℃蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展速率曲线,可估算较高应力强度因子和较低应力强度因子的裂纹扩展速率。另外,用Saxena模型可求出蠕变和疲劳的表达式,对比分析高温蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展过程中蠕变和疲劳的作用及所占的比例。最后针对a-Ni/Nf、da/dN-a曲线及da/dN-N曲线变换中出现的拐点,结合断口形貌分析了转折点对应的含义。高温合金及其它材料的裂纹扩展速率曲线也适用于以上曲线分析方法。