奥氏体钢四点弯曲疲劳行为的数值模拟与试验

采用有限元方法对奥氏体钢四点弯曲疲劳试验的加载过程进行了数值模拟,分析了疲劳试样的应力分布与疲劳寿命,确定了受力分布相对均匀的试样的合理尺寸范围,并对一种Cr-Mn奥氏体钢进行了四点弯曲疲劳试验研究,对比分析了有限元模拟与试验结果间的差别与原因。结果表明,试样尺寸不同,两加载辊之间的应力分布规律不同;当t/h(材料厚度/加载辊距)1.4时,最大应力出现在靠近加载辊的内侧,距加载辊0.4~0.5 mm;当t/h=1.2~1.4时,两加载辊之间的应力分布比较均匀,最大模拟应力与加载应力(理论值)的误差小于5%;当t/h1.2时,最大应力出现在两加载辊中间,其中t/h=0.7~0.8时,模拟值最大应力与加载应力比较接近,但应力分布均匀性较低;采用t/h≈1.3的试样进行疲劳试验研究,试验后的疲劳裂纹均产生在两加载辊中间,在加载辊外侧未发现疲劳裂纹,这与模拟结果相一致;模拟疲劳极限为498 MPa,循环4.0×10~6周次,试验测定疲劳极限为505MPa,循环3.6×106周次,模拟值略小于试验值,可见有限元方法可以较准确地预测材料的疲劳寿命。     

GH150合金叶片的疲劳性能

研究了高压压气机叶片用Ni基高温合金GH150的疲劳性能.试验方式分别为轴向拉伸和旋转弯曲疲劳.试验温度为500℃和600℃,试验按置信度90%和存活率50%进行.轴向拉伸和旋转弯曲疲劳性能试验Kt=1,应力状态分别为r=0.1和r=～1.用升降法求得500℃轴向拉伸疲劳107疲劳极限为481.8MPa,600℃疲劳极限为502MPa;500℃旋转弯曲疲劳107疲劳极限为418.57MPa,600℃为435.71MPa.轴向拉伸和旋转弯曲疲劳S-N曲线显示,随载荷应力的增加,疲劳循环次数呈减小趋势;在低应力长寿命区600℃的疲劳性能较500℃稍优.疲劳试样断口形貌照片显示,断口的源区、扩展区和最后瞬断区特征清晰;扩展区有明显的疲劳条带;瞬断区为韧性断裂.     

表面机械研磨工业纯锆的疲劳性能研究

采用表面机械研磨工艺对工业纯锆进行处理,利用四点弯曲疲劳试验对试样的疲劳性能进行研究,并利用透射电子显微镜(TEM)和光学显微镜(OM)对试样的微观组织进行观察,利用纳米压痕仪测试处理试样从表层到基体的硬度分布,采用X射线衍射(XRD)方法分析表层晶粒尺寸、微观畸变以及残余应力分布特征。结果表明:经表面机械研磨处理工业纯锆的疲劳极限为195 MPa,而原始试样的疲劳极限为159MPa,表面机械研磨处理使工业纯锆的疲劳极限提高了23%,疲劳性能的改善可归因于表面机械研磨引入的纳米化表层、加工硬化以及残余压应力。本文进一步研究发现,应力幅大于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳寿命低于原始试样;应力幅低于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳性能比原始试样优异。     

板材弯曲疲劳试样应力分析和等应力试样设计

金属材料的疲劳性能特别是腐蚀疲劳性能的研究,在理论上和工程上具有重要意义,疲劳试样设计对疲劳试验结果有显著的影响。本文就具有双弧形边缘的板材弯曲疲劳试样进行了理论分析。结果指出,最大应力点处l_c=35.93mm,而不是28.58mm,即最大应力不在试样最小截面处。此结果与由断裂后试样的实际测量结果相符。基于这种分析结果,提出了板材弯曲疲劳等应力试样设计原理以及推荐试样的形状和尺寸。这种等应力试样在研究弯曲疲劳,尤其是在弯曲条件下研究疲劳过程中裂纹产生和扩展机理时,将显示出明显的优越性。     

渗碳齿轮钢的疲劳性能及寿命概率分布研究

利用旋转弯曲疲劳试验方法研究了SCM420齿轮钢经渗碳后的疲劳性能,使用SEM扫描电镜观察统计了夹杂物起裂源的尺寸,并结合日本学者Murakami提出的疲劳极限预测公式,发现钢中出现频率较高的大尺寸(≥38μm)夹杂物对疲劳性能具有很大的损失作用。此外,研究了试验钢在1020 MPa应力级别下疲劳寿命的分布规律。结果表明,对数疲劳寿命符合二参数威布尔分布和正态分布,但威布尔分布更优于正态分布。     

钛合金超高周弯曲振动疲劳性能试验

在三点弯曲超高周疲劳试验的基础上,开发了悬臂梁式弯曲振动超高周疲劳试验系统,并介绍了疲劳试验试片的设计方法.利用超高周弯曲疲劳试验系统(20 kHz)测定了钛合金TC17的S-N曲线,结果表明,当应力比R=-1时TC17钛合金的S-N曲线是一条连续下降型曲线,在107周次以后,试样仍未发生疲劳破坏,不存在传统意义上的疲...     

新型冷作模具钢HYC1MOD三点弯曲疲劳性能

以一种新型冷作模具钢HYC1MOD为研究对象，通过三点弯曲疲劳试验研究了其高周疲劳性能，结合残余应力演变和断口形貌分析探讨了其断裂损伤机制。结果表明，新型冷作模具钢HYC1MOD的疲劳极限为393.75 MPa,疲劳寿命与应力幅之间的关系式为△σ_a=2 078.22-336.73 lgN_f。疲劳断裂模式为脆性断裂，疲劳裂纹主要起源于大尺寸含Cr碳化物。随疲劳周次的增加，裂纹源处的残余应力一直表现为压应力，且变化平缓，只在最终断裂时快速降低，这表明新型冷作模具钢HYC1MOD的疲劳裂纹一旦形成就快速扩展导致断裂失效，与其脆性断裂的模式一致。     

无镍高氮不锈钢弯曲疲劳裂纹萌生与扩展行为

 采用四点弯曲疲劳试验研究了不同应力水平下无镍高氮不锈钢的疲劳行为,并对材料疲劳裂纹的微观形貌、萌生位置及扩展路径进行了分析。结果表明,试验钢疲劳为多裂纹起裂,随着应力水平的升高,裂纹总长度逐渐增加,当应力水平接近材料屈服极限时,裂纹长度趋于稳定;裂纹大多数在滑移带处萌生,裂纹在扩展过程中产生了扭曲、偏移和分叉现象;裂纹在晶内主要沿单滑移带或多滑移带交替扩展,穿过晶界或孪晶界时大多发生了偏转。     

7475-T7351铝合金抗疲劳性能研究

采用旋转弯曲疲劳试验、轴向加载疲劳试验、疲劳裂纹扩展速率试验等疲劳性能测试方法,研究了7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能.并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了该合金的显微组织和疲劳断口形貌.结果表明:7475-T7351铝合金具有良好的耐疲劳损伤性能,光滑试样(Kt=1)在室温旋转弯曲和高温轴向加载条件下的疲劳极限分别为180.0和345.0 MPa,缺口试样(Kt=2.2)在室温旋转弯曲加载条件下的疲劳极限为91.9 MPa;合金厚板材料在高温下缺口敏感性有所降低;国产材料裂纹扩展速率随应力比增加而增大,裂纹扩展门槛值减小;国产7475铝合金与进口材料在裂纹稳定扩展阶段裂纹扩展行为基本相当;在近门槛值附近不同应力比下的裂纹扩展门槛值略有差别.     

Cr-Mn钢的室温旋转弯曲疲劳性能

以Cr-Mn弹簧钢为研究对象,采用QBWP-6000J型简支梁旋转弯曲疲劳试验机,对试验材料在室温下进行了旋转弯曲疲劳试验。通过升降法测得疲劳极限,并绘制S-N曲线和P-S-N曲线;使用扫描电镜对疲劳试样断口进行观察,分析了起裂源类型和裂纹扩展行为。结果表明,试验钢旋转弯曲疲劳的疲劳极限为587 MPa,试验钢疲劳断裂起源于试样表面机加工缺陷和非金属夹杂物,非金属夹杂物主要为Al2O3夹杂物。     

High temperature fatigue properties and crack initiation and its expansion mechanism of high nitrogen bearing steel

The flexural fatigue properties of 40Cr15Mo2VN high nitrogen bearing steel at 200?? was 883MPa, which was 17% lower than that at room temperature. The results show that the types of fatigue failure are surface failure initiation and internal non- metallic inclusion. Compared with room temperature, the threshold value of fatigue stress intensity factor ??Kth at 200?? decreases by 20%, leading to the reduction of the critical non- metallic inclusion size at the start of fatigue crack initiation. The interaction of small cracks near the fatigue source in the surface initiation cracks at 200?? increases the stress intensity factor KI and accelerates the initial surface crack propagation. At the same time, according to the ratio of the nominal stress amplitude and the ultimate fatigue strength of the non- metallic inclusions in the high- nitrogen bearing steel, the influence of the size, position and temperature of the non- metallic inclusions on the fatigue life was analyzed.     

轴承钢滚动接触疲劳研究进展

对轴承钢的滚动接触疲劳领域的研究重点、研究方法和研究进展进行了综合性的阐述。首先分析了滚动接触条件下材料内赫兹应力的分布以及轴承钢对循环应力的响应,解释了轴承钢发生次表面疲劳的根本原因;接着对轴承钢疲劳测试的方法进行了总结,分析了各种测试方法的优劣势;然后讨论了影响轴承钢滚动接触疲劳寿命的关键因素;最后,对轴承钢次表面诱发的滚动接触疲劳的两大表现形式,即疲劳裂纹生长和显微组织退化,进行了系统性阐释,介绍了重要的疲劳机理并提出了未来的重点研究方向。     

硫化物变性处理45MnVS非调质钢的高周疲劳性能

 长条状的硫化物夹杂往往会导致热轧/锻造含硫钢的力学性能呈现出明显的各向异性。为了明确硫化物变性处理铁素体-珠光体型非调质钢的疲劳性能各向异性,采用轴向力控制高频疲劳试验机(应力比R=-1)研究了工业生产的45MnVS非调质钢锻态及调质态的高周疲劳断裂行为。结果表明,试验料纵向样中的MnS夹杂分布较为均匀,多呈短棒状或纺锤形,平均长宽比为3.4±1.7。与未变性处理的含硫非调质钢相比,试验料塑性和韧性的各向异性得到显著降低。锻态与调质态横向样的疲劳性能略低于纵向样,调质态样的疲劳极限比(0.52~0.54)明显高于锻态样(0.46)。在ΔK值大于约35 MPa·m1/2时,横向样的疲劳裂纹扩展速率略大于纵向样。疲劳断口分析表明,2种状态横向样的疲劳裂纹均主要起源于钢中条棒状MnS夹杂,且调质态样受影响的程度更大。上述结果表明,试验钢硫化物变性处理后的疲劳性能各向异性很小,锻态组织的各向异性程度略低于调质态组织,但后者具有更为优异的疲劳性能。     

转向节用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能

 利用旋转弯曲疲劳试验方法对比研究了新开发的两种转向节用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能。结果表明, 两种不同碳含量的贝氏体型非调质钢具有细小均匀的贝氏体铁素体+M-A岛组成的粒状贝氏体组织;两者具有相当的强度水平和疲劳性能,但其疲劳性能低于同等强度水平的调质钢。与锻态相比,正火处理后,试验料的抗拉强度和疲劳强度均有一定程度的降低,但屈强比和疲劳极限比明显提高。对疲劳断口的分析表明,试验料的疲劳裂纹均起源于表面基体,疲劳裂纹以准解理机制扩展。裂纹扩展速率试验表明,含碳量较低的试验料的疲劳裂纹扩展速率da/dN明显低于含碳量较高的试验料。     

二次带状组织对低合金非调质钢疲劳性能的影响

采用应力比为0.1的轴向拉伸疲劳试验分别研究了低合金钢DG20Mn和35CrMo钢的疲劳性能与带状组织的关系.结果表明:带状组织对试验材料的轴向拉伸性能没有明显影响,对35CrMo钢的轴向拉伸疲劳性能影响较小,但严重减弱DG20Mn钢的轴向疲劳性能.带状组织对疲劳性能的影响主要是由于在高的疲劳拉应力下,带状组织引发疲劳微裂纹、微空洞等疲劳损伤,导致疲劳裂纹萌生及扩展模式发生变化,从而影响疲劳性能.      

Investigating and Understanding the Cyclic Fatigue,Deformation, and Fracture Behavior of a Novel High Strength Alloy Steel: Influence of Orientation

In this paper, the results of a recent study aimed at understanding the influence of orientation on high cycle fatigue properties and final fracture behavior of alloy steel Pyrowear 53 is presented and discussed. This alloy steel has noticeably improved strength, ductility, and toughness properties compared to other competing high strength alloy steels having a near similar chemical composition and processing history. Test specimens of this alloy steel were precision machined and conformed to the specifications detailed in the ASTM standards for tension testing and stress‐controlled cyclic fatigue tests. Test specimens were prepared from both the longitudinal and transverse orientations of the as‐provided alloy steel bar stock. The machined test specimens were deformed in cyclic fatigue over a range of maximum stress and under conditions of fully reversed loading, i.e., at a load ratio of ?1, and the number of cycles‐to‐failure recorded. The specific influence of orientation on cyclic fatigue life of this alloy steel is presented. The fatigue fracture surfaces were examined in a scanning electron microscope to establish the macroscopic fracture mode and to characterize the intrinsic features on the fatigue fracture surfaces. The conjoint influence of microstructure, orientation, nature of loading, and maximum stress on cyclic fatigue life is discussed.     

温度与应力比对6061铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

为了研究温度与应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响,利用电液伺服疲劳试验机对6061铝合金材料开展了不同温度(室温、-70、150 ℃)、应力比(0.1、0.5)条件下的疲劳裂纹扩展速率试验,获得不同条件下的疲劳裂纹扩展速率曲线,揭示温度与应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。结果表明,在相同应力比下,室温与高温150 ℃下的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-ΔK)基本一致,低温-70 ℃下的疲劳门槛值与疲劳裂纹扩展速率明显提高,这表明低温环境下6061铝合金材料具有较高的抗疲劳裂纹扩展性能;在相同温度下,随着应力比的增大,疲劳门槛值降低,疲劳裂纹扩展速率升高。讨论了温度与应力比对疲劳裂纹扩展行为影响的可能原因。     

阻尼器用低屈服点钢BLY160的低周疲劳性能

对BLY160低屈服点钢低周疲劳性能进行了研究。采用轴向应变控制方法,在MTS809电液伺服疲劳试验机上开展低周疲劳试验,分别研究了在循环载荷作用下试验材料的循环应力响应特征、循环应力与应变的关系以及应变幅和应变速率对材料低周疲劳性能的影响。试验结果表明,BLY160钢具有良好的低周疲劳性能,完全满足耗能阻尼器用钢的需要。     

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The low cycle fatigue behaviors of Fe- Mn- C TWIP steels with different Ce contents were studied. The research was done with a total strain amplitude of ??0. 8% during cyclic loading. Microstructure evolutions of TWIP steels after fatigue fracture were observed by SEM and TEM. The experimental results indicate that TWIP steels with Ce and without Ce have the same characteristics of cyclic hardening, cyclic saturating, cyclic softening and final failure. The density of inclusions in the TWIP steel is increased by the addition of rare earth element Ce, which results in the absorption capability of fatigue energy of the TWIP steel is reduced. Therefore, Ce plays a negative role in deformation fatigue of TWIP steel.     

High cycle fatigue behavior of gas-carburized medium carbon Cr-Mo steel

High cycle fatigue properties of gas-carburized 4140 steel were assessed to compare with those of 8620 steel which is widely used as a carburizing steel. Fatigue limit was evaluated associated with microstructure, case depth, and distribution of retained austenite and compressive residual stress near the surface. Test results indicated that the reheat quenching method of 4140 and 8620 steels produced a reduction in grain size, retained austenite level, and compressive residual stress at the surface and an increase in fatigue limit. The fatigue limit of direct-quenched 4140 steel shows substantially lower value than that of direct-quenched 8620 steel due to larger grain size of direct-quenched 4140 steel. However, the fatigue limit of reheat-quenched 4140 steel is greatly improved and is comparable to the reheat-quenched 8620 steel. This is attributed to the larger reduction ratio in grain size and deeper case depth of reheat-quenched 4140 steel as compared to direct-quenched and reheat-quenched 8620 steels.