超高强度钢超高周循环下疲劳裂纹扩展寿命研究

以Paris裂纹扩展理论为基础,根据不同阶段裂纹扩展速率不同,将裂纹扩展分为三个阶段:低于始裂门槛值阶段、短裂纹扩展阶段和长裂纹扩展阶段.在每个阶段对Paris裂纹扩展公式分别进行积分,最后将三个阶段寿命相加,即可得到裂纹扩展总寿命.此方法所得到的裂纹扩展寿命较Paris公式略高,但是不会改变疲劳总寿命主要由疲劳裂纹萌生决定,裂纹扩展寿命远小于试验总寿命这一事实.     

2Cr13钢的疲劳裂纹萌生与扩展行为

通过对2Cr13钢进行疲劳裂纹萌生与扩展速率试验,获得该钢在两种不同调质处理下的疲劳裂纹萌生寿命Ni的回归方程、疲劳裂纹萌生门槛值以及裂纹扩展速率da/dN表达式。结果表明,与970℃淬火+710℃回火×6h工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火×5h处理后的缺口疲劳裂纹萌生抗力有所改善;当应力强度因子较低时,在640℃×5h回火时的2Cr13钢的疲劳裂纹扩展抗力稍好一些;当应力强度因子较高时则反之。     

硬质合金疲劳裂纹的萌生与扩展行为

硬质合金的服役环境通常十分恶劣,需要承受循环应力、温度(如高温或循环温度)和腐蚀环境的共同影响,机械疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳等多种疲劳断裂机制是导致硬质合金材料失效的重要原因。从疲劳裂纹的萌生和扩展两方面系统地阐述硬质合金疲劳性能的影响因素。疲劳裂纹易沿着粗大的WC颗粒、孔洞、夹杂物和粘结相池等缺陷处萌生,而疲劳裂纹的扩展行为受到各种因素的影响,如应力比、频率、温度和环境等外部因素以及显微结构和化学成分等内部因素。     

铝锂合金疲劳裂纹扩展行为与裂尖屏蔽效应

研究了2090、8090铝锂合金,7075、2024普通铝合金的疲劳裂纹扩展速率,门槛值,裂纹闭合效应,裂纹偏转特性和形貌,并讨论了上述各因素之间的内在联系。结果表明:在强度水平相近时,铝锂合金的疲劳裂纹扩展抗力明显优于普通铝合金,主要归因于其裂纹闭合和裂纹偏转的裂尖屏蔽(Shiekding)作用。铝锂合金特有的断裂特征(脊骨状断口)和强的氧化倾向,使之获得了高的粗糙度诱发裂纹闭合效应和氧化物诱发裂纹闭合效应。最后,本文还较系统地讨论了扁平晶粒、强织构、平面滑移、沿晶稳定相等对铝锂合金断裂特征、裂尖屏蔽效应等的影响。     

含铜低合金耐磨钢在盐雾环境中的腐蚀行为

对含铜和不含铜实验钢在中性盐雾试验箱中连续喷雾120、240、480和720 h,研究了在盐雾环境下Cu对低合金耐磨钢耐腐蚀性能的影响规律,通过失重法计算腐蚀速率,并利用XRD和SEM对腐蚀产物进行表征,利用动电位扫描、电化学阻抗谱 (EIS) 对比分析Cu在低合金耐磨钢腐蚀过程中起到的作用。结果表明：低合金耐磨钢的腐蚀产物主要包括γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃,前期腐蚀产物疏松多孔,后期产物致密难剥落,腐蚀速率先升高后下降,含铜实验钢的腐蚀速率明显低于不含铜实验钢,添加Cu后,实验钢的自腐蚀电位上升,阻抗谱容抗弧增大,电荷转移难度增加,说明Cu能有效降低实验钢腐蚀速率,增强其耐腐蚀性能。     

球墨铸铁热疲劳裂纹萌生和扩展行为研究

以球墨铸铁QT400-15为研究对象,研究上限温度在600~900℃范围内时其热疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明,热疲劳裂纹主要是在石墨与基体交界处或交界处附近萌生,氧化对裂纹的萌生和扩展起辅助作用。主裂纹从人工缺口出发,通过环形裂纹带、楔形或者条形裂纹与沿线裸露或者浅埋石墨连接,从而形成长裂纹。石墨的不圆整以及线性排列、上限温度超过共析转变温度均加速裂纹的萌生和扩展。     

热疲劳裂纹扩展的数值模拟

本文根据热疲劳损伤力学和有限元技术,研究了复杂温度环境下的热疲劳损伤现象,建立了复杂热力学边界条件下的热应力分析模型,研究了多变量耦合作用下的温度场、热应力场等的分布规律及高温交变热冲击条件热疲劳裂纹的扩展特性,并进行了实验验证,对于类似条件下工作设备的热损伤问题具有重要指导意义.     

高强度钢腐蚀疲劳裂纹扩展的温度效应和过载迟滞效应

通过在18,35和55℃蒸馏水中疲劳裂纹扩展试验,证明了超高强度钢30CrMnSiNi2A腐蚀疲劳具有强烈的温度效应,得到了ΔK值和温度对裂纹扩展速率影响的复合表达式。由于扩展速率数据拟合得到的表观激活能值(36.7kJ/mol)十分接近于氢在γ-Fe中的扩散激活能值,支持了氢助裂纹扩展的观点。对大气中疲劳裂纹扩展具有重要价值的过载迟滞效应,在腐蚀疲劳时显著地减小,在0.1Hz的低频率下尤其明显。     

喷射沉积SiC_P／Al-7Si复合材料的疲劳裂纹扩展

采用紧凑拉伸试样进行恒载和降K控制的拉--拉疲劳实验, 研究了喷射沉积SiC_p/Al-7Si复合材料及其基体的疲劳裂纹扩展行为. 通过金相显微镜和扫描电镜观察了复合材料及其基体的组织和疲劳裂纹扩展形貌, 研究了SiC颗粒对复合材料疲劳裂纹扩展机制的影响. 结果表明: 复合材料在任何相同的ΔK水平下其抗疲劳裂纹扩展能力优于基体材料, 并表现出较高的疲劳门槛值. 其原因是复合材料中裂纹裂尖遇到增强颗粒时, 裂纹发生偏转, 特别是SiC颗粒自身微裂纹萌生有效降低了裂纹尖端的应力强度因子, 复合材料的裂纹闭合效应也随之增大. 去除裂纹闭合效应的影响, 当有效应力因子ΔK_eff作为裂纹扩展的驱动力时, 复合材料的裂纹扩展速率却高于基体.     

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.     

镍基高温合金GH4049高温疲劳小裂纹扩展规律

对镍基高温合金GH4049在相同载荷、不同温度下疲劳小裂纹扩展规律进行了试验，利用复型技术和光学显微镜观测了裂纹尺寸演化全过程，发现小裂纹扩展速率的趋势是先快后慢，且温度升高，扩展速率反而下降。这与小裂纹的闭合效应有关，在700％小裂纹的氧化诱发闭合效应比650％时明显。     

关注疲劳再评表面纳米化

前文《追溯历史评表面形变纳米化》指出变形的细化结构早在20世纪七八十年代已有研究,21世纪初的纳米晶仅冠以新潮名称。文中从测定方法进一步说明一种结构两个名称的原因。位错胞以错角为参数,纳米晶只强调大小未涉及错角,两者的尺度属同一数量级。近年用滚压加大错角,虽实现纳米晶,却是将30年前的磨损表面当作强化。比较大小和错角对性能的影响,表面纳米化以H-P关系为准则,认为细化晶粒可以提高强度。这个关系是统计工厂中日用材料所得,属经验规律,并无理论依据。近年试验表明形变层位错胞大小对力学性能影响不大,错角却起关键作用。H-P关系不能用于形变层结构,表面纳米化的理论依据不成立。喷丸的主要贡献是提高疲劳强度,公认残余压应力起主导作用。表面纳米化认为结构细化,屈服强度提高,相应延缓疲劳裂纹萌生,提高了疲劳强度。却没有试验证实此机理的正确性。实际上,获得纳米化的强喷丸表面伴随有裂纹,不存在裂纹萌生阶段。文中展示了喷丸强度和出现微裂纹几率的关系。明确强变形表面属裂纹体,应该用断裂力学而非经典力学的连续体处理。介绍表面形变各影响因素对疲劳裂纹扩展作用的试验,结果表明残余压应力仍是提高疲劳性能的主导因素。追求纳米化的加工硬化,牺牲塑性换取强度,导致裂纹扩展加速,对疲劳有害无益。     

Cu双晶的循环形变行为与疲劳裂纹萌生：Ⅱ.疲劳裂纹萌生与早期扩展

用扫描电镜观察了受应变疲劳载荷作用的Ｃｕ双晶物的表面形貌,发现晶界是疲劳形变双晶是有利的裂纺萌生地点,在滑移带撞击晶界的地方,特别是在几条粗滑移带共同撞击晶界的地方观察到许多疲劳微裂纹;并且发现与平行晶界双晶相比,垂直晶界双晶有有利于疲劳裂纹沿晶界作早期扩展。     

接触疲劳裂纹的萌生与扩张行为的研究

本文通过力分析和扫描电镜观察,研究了电点接触条件下有表现滑动和无表面动摩擦进地萌扩张行为,指出了接触疲劳破坏的典型特征和一般特征,结果表明,在边界润滑条件下,接触疲劳裂纹萌生于表面,以Ⅱ型方式向纵深扩张,裂纹扩张走向与裂纹尖端处最大切应力走向一致,有表面滑动摩擦时,典型的裂纹扩张路径（或剥落坑形状）由呈Ｕ字四个阶段组成,无表面轻摩擦时,扩张路径则由Ｖ字形的三阶段组成：一般的破坏以连续剥落的方式发展     

铁素体-马氏体复相钢疲劳裂纹扩展和闭合效应SCIEI

本文研究铁素体-马氏体复相钢中铁素体含量对裂纹萌生、扩展和裂纹尖端塑性变形的影响。在24.2—41.5％的铁素体含量范围内,以33.8％含量的复相钢裂纹萌生期N_0较长、门槛值ΔK_(th)高、并有低的扩展速率和较高的闭合应力强度因子K_(Cl)。三种铁素体含量复相钢的dα/dN-ΔK_(eff)一致的事实,表明裂纹闭合对低速扩展的重要作用,且闭合程度(K_(Cl)/K_(max))随裂纹尖端ΔK的降低而提高,在ΔK_(th)时达到最大。铁素体含量为33.8％的K_(Cl)/K_(max)值最高达0.7。     

Ce对2090Al-Li合金疲劳裂纹扩展行为的影响SCIEI

研究了7075,2090和2090+Ce合金的疲劳裂纹扩展行为。2090合金的名义疲劳裂纹扩展抗力优于7075合金,归因于其高的裂纹闭合效应,但其本征疲劳裂纹扩展抗力低于7075合金。在2090合金中添加微量Ce,可同时提高其本征疲劳裂纹扩展抗力和裂纹闭合效应,故其名义疲劳裂纹扩展抗力大幅度提高。