机械轴承用SUJ2钢的裂纹扩展机制分析

研究了轴承用SUJ2钢断口处GBF(granular bright facet)裂纹的扩展机制。结果表明,当应力幅值增加时GBF尺寸下降,且当应力幅值不变时GBF尺寸也保持不变。当夹杂物的尺寸变大时其疲劳寿命Nf下降。在疲劳初期形成GBF,当循环次数增加时,GBF尺寸基本保持不变,直到最终的疲劳断裂。     

16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢的疲劳性能与裂纹萌生

采用真空感应熔炼+真空自耗重熔(VIM+VAR)工艺制备16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢。测定了试验钢的疲劳极限和S-N曲线。通过观察断口,分析疲劳萌生类型和影响因素。结果表明:疲劳极限强度达到773 MPa,疲劳裂纹萌生于表面驻留滑移带、表面缺陷、近表面夹杂物和次表面夹杂物。表面驻留滑移带萌生疲劳裂纹占13%,表面缺陷萌生裂纹占33.3%,近表面夹杂物萌生占40%,次表面夹杂物萌生占13%。当疲劳裂纹萌生于内部夹杂物时,疲劳寿命随应力的增大而减小;在一定实际应力作用下,疲劳寿命随夹杂物尺寸的增大而减小。随着实际应力增加,疲劳裂纹萌生的夹杂物临界尺寸减小。     

GCr15钢旋转弯曲超长寿命疲劳性能分析

轴承钢GCr15旋转弯曲超长寿命疲劳实验获得的应力-寿命(S-N)曲线数据分散性较大且呈连续下降趋势,不能用台阶下降的S-N曲线描述.断口分析表明,在高应力幅区疲劳破坏主要起始于试样表面的加工划痕或夹杂物;随着应力幅的降低,疲劳破坏主要起始于试样内部的夹杂物.内部破坏均带有鱼眼特征,大部分的内部夹杂物周围带有颗粒亮区(GBF区).夹杂物尺寸的较大分散程度和小尺寸夹杂物的簇集是引起GCr15钢疲劳寿命分散性较大的因素.使用推定的GBF区成长率能够定量分析夹杂物尺寸对疲劳寿命分散程度的影响.     

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能. 结果表明, 超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高, 中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比. SEM断口观察表明, 绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物. 随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅ΔK_inc的减小, 疲劳寿命N_f增加; 而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅ΔK_GBF并不随N_f变化而变化, 基本为一常数, 且粗晶粒试样的ΔK_GBF高于细晶粒试样. 这表明, 细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.     

中碳高强度弹簧钢NHS1超高周疲劳破坏行为

测试了中碳高强度弹簧钢NHS1的超高周(109 cyc)疲劳破坏行为,并利用FESEM对疲劳断口进行了观察.NHS1钢的S-N曲线呈台阶型,在109 cyc内疲劳极限消失.疲劳断口分析表明,在高应力幅区,实验钢的疲劳破坏主要起源于基体表面;而在低应力幅长寿命区,疲劳破坏主要起裂于试样内部的夹杂物,形成"鱼眼"型断裂.在夹杂物周围存在一个粗糙的粒状亮区(GBF).GBF区边界的应力场强度因子为3.6 MPa·m1/2,与疲劳寿命无关,该值与疲劳裂纹扩展的门槛值相等;"鱼眼"边界的应力场强度因子同样与疲劳寿命无关,约为10.6 MPa·m1/2.     

Q960E热影响粗晶区疲劳寿命与ΔKth值的关系分析

基于模拟焊接热循环试验及疲劳裂纹扩展试验,对动载结构用高强钢Q960E热影响粗晶区进行了多种应力幅值作用下的疲劳寿命研究.通过得到Paris方程建立了不同焊接热模拟工艺下疲劳裂纹扩展门槛值（ΔK_th）随不同交变载荷下疲劳寿命值的近似线性关系.利用场发射扫描电镜中背散射衍射功能（EBSD）对疲劳裂纹扩展试样中的裂纹尖端进行了晶体学取向分析及扩展机制讨论.结果表明,在应力幅值ΔP固化后,疲劳寿命N随ΔK_th的增大而增加,其延寿微观机理在于组织中的亚结构取向存在差异,所形成的大角度晶界（≥15°）可有效迫使裂纹转向,从而提高材料的疲劳寿命.     

TC17钛合金电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展规律及疲劳剩余寿命

首先通过试验取得母材及焊接接头的疲劳裂纹扩展速率,然后结合TC17钛合金电子束焊接接头CTOD试验结果及裂纹容限计算值,以估算其疲劳剩余寿命.结果表明:在低应力水平或低△K下,TC17电子束焊缝的da/dN数据与母材的基本相当;然而随着应力水平的增加,焊缝的da/dN值越来越大.在初始裂纹尺寸相同的情况下,TC17合金电子束焊缝与母材疲劳裂纹扩展寿命曲线存在交叉点.当应力幅大于交叉点应力幅时,TC17母材疲劳裂纹扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要高于相应焊缝的剩余寿命;当应力幅小于交叉点应力幅时,TC17母材扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要低于相应焊缝的剩余寿命.     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响

通过人工植入夹杂物的方法,制备含不同尺寸Al_2O_3和SiO_2夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量研究了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了低周疲劳寿命与夹杂物特性的关系。结果表明,应变幅为0.8%时,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区内部夹杂物占比降低,而表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在较低应变幅下,随夹杂物面积的增大,低周疲劳寿命降低。在一定夹杂物尺寸范围内,SiO_2夹杂物比Al_2O_3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO_2夹杂物周围由于γ'相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命。当不考虑夹杂物面积时,夹杂物距试样表面距离对低周疲劳寿命的影响无明显规律;当夹杂物面积相同时,低周疲劳寿命随夹杂物距试样表面距离的增大而线性增大。其影响相对较小。     

应力幅值对Al-Zn-Mg合金微动疲劳损伤行为的影响(英文)

研究了应力幅值对Al-Zn-Mg合金的疲劳损伤行为的影响。对不同应力幅值下Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命以及微动疲劳损伤特性进行了研究。采用宏观力学试验与微观分析相结合的方法,对Al-Zn-Mg合金的微动疲劳机理进行了探讨。结果表明,Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命随应力幅值的增加呈非线性降低;Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命与位移幅度值具有一定的关系。微动疲劳损伤区存在微动磨损和裂纹萌生及扩展两种破坏机制,随应力幅值的变化而产生竞争关系。微动疲劳裂纹源均形成于微动斑边缘,微动能促使微动疲劳裂纹萌生和加速扩展。     

激光金属沉积成形304不锈钢的疲劳断裂机理分析

激光金属沉积是一种应用广泛的激光增材制造技术，文中对激光金属沉积成形304奥氏体不锈钢进行疲劳试验，并对其疲劳断裂机理进行了分析.根据试验结果绘制激光金属沉积成形304奥氏体不锈钢的应力-寿命(S-N)曲线，结果表明，应力幅的大小对疲劳断口形貌有着至关重要的影响.应力幅越大，疲劳断口越粗糙，在较高的应力幅作用下，断裂试样表面存在随机分布的孔洞和裂纹，材料缺陷如氧化物夹杂和孔洞是导致疲劳裂纹萌生的主要原因，而在较大的应力幅(如275 MPa)作用下，较大的局部塑性变形也是导致疲劳裂纹萌生原因之一，随着应力幅的增大，疲劳条带更加清晰，在较高的应力幅作用下，多个滑移系的相交导致疲劳条带不在同一平面内扩展，并且裂纹扩展区内出现轮胎压痕.随着应力幅的增大，由于疲劳裂纹扩展区内塑性变形量的增大导致疲劳裂纹扩展区中二次裂纹数量增加.     

夹杂物尺寸及分布对FGH97高温合金低周疲劳性能的影响

利用扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜、低周疲劳试验机研究了镍基粉末高温合金FGH97材料650℃低周疲劳性能与断口夹杂物尺寸、面积及分布的关系。结果表明:FGH97热等静压材料低周疲劳裂纹源主要由非金属夹杂物引起。非金属夹杂物尺寸小于临界值(约80μm)时,夹杂物尺寸和位置对650℃最大应力980 MPa低周疲劳寿命无明显影响,疲劳寿命均值达到190 992周次。当夹杂物尺寸超过临界值(约80μm)时,则夹杂物尺寸越大,越靠近表面,低周疲劳寿命越低。因此,控制夹杂物尺寸是提高FGH97高温合金低周疲劳寿命的有效方法。     

1100MPa级高强钢的低周疲劳行为

研究了在对称应变控制条件下1100 MPa级调质态高强钢的低周疲劳性能,借助OM、SEM、TEM等手段对高强钢在低周疲劳载荷下的微观组织、断口形貌、裂纹扩展特性、夹杂物形态等进行了研究。结果表明,调质态1100 MPa高强钢具有优异的低周疲劳性能,主要有2个原因:一是由于夹杂物形态为近圆形,直径为2～5μm,低于夹杂物引起疲劳裂纹萌生的临界尺寸,裂纹萌生于试样表面,提高了疲劳裂纹萌生寿命;二是原奥氏体晶界、马氏体板条包/束界、夹杂物/孔洞都会诱导裂纹偏转,使裂纹走向曲折,降低了裂纹扩展速率,提高了疲劳裂纹扩展寿命。     

循环载荷幅值对7075-T7451铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

在不同幅值循环载荷条件下对7075-T7451铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行拉伸疲劳试验,对其疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK进行了研究,并用扫描电子显微镜观测试样的断口形貌。结果表明：随着循环载荷幅值的增大,试样的疲劳寿命缩短,裂纹的扩展速率增大;试样宏观断口形貌的裂纹稳态扩展区域减小,而瞬时断裂区域增大。稳态扩展区主要以疲劳条带扩展机制为主,且疲劳条带间距随循环载荷幅值的增大而增大;瞬断区的断口形貌以韧窝断裂为主,韧窝尺寸随循环载荷幅值的增大而减小。     

应变幅和保持时间对C-276合金低周疲劳寿命的影响

研究了保持时间和应变幅对C-276合金650℃下的低周疲劳寿命的影响。测试中采用应变幅为0.3%,0.35%,0.4%,0.45%和0.5%,保持时间为0,30和60s的梯形波轴向总应变控制疲劳实验,并利用扫描电镜(SEM)观察了合金在各实验条件下的断口特征。结果表明,在同一保持时间下,随着应变幅的增加,裂纹扩展速率增大,疲劳寿命降低。而保持时间的引入对疲劳寿命的影响则与应变幅的大小有关:在较低的应变幅(0.35%~0.4%)下,引入保持时间,造成疲劳裂纹扩展速率增大,并且有微裂纹和空洞形成,在两者的共同作用下使疲劳寿命降低;在较高的应变幅(0.45%~0.5%)下,引入保持时间,造成微裂纹和空洞的焊合,使疲劳寿命不降反升。     

30CrMnSiNi2A高强钢的疲劳小裂纹扩展特性及寿命预测

研究了３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ高强钢在恒幅载荷下的小裂纹起始特征和裂纹扩展特性。试验结果表明，小裂纹起始于缺口表面初始缺陷（如夹杂或孔洞）处。在应力比Ｒ＝０的恒幅载荷下，未显示小裂纹效应：在Ｒ＝－１的恒幅载荷下，则显示出小裂纹效应的存在。利用裂纹闭合模型和微观结构缺陷作为初始裂纹尺寸的方法预测了小裂纹扩展速率和疲劳全寿命，预测值与实验值符合良好。     

氧化锆陶瓷室温循环疲劳行为研究

对一种氧化锆陶瓷材料的室温循环疲劳行为进行了研究。陶瓷材料通过干压、冷等静压成型，无压烧结。循环疲劳实验采用四点弯曲法。试验结果表明，该氧化锆陶瓷材料的循环疲劳寿命与循环应力最大值和循环应力幅值在双对数坐标下皆为线性关系，循环应力最大值增大，循环疲劳寿命降低；循环应力幅值增大，疲劳寿命也降低。但循环疲劳寿命对循环应力最大值的依赖程度要大于对循环应力幅值的依赖。循环疲劳寿命与裂纹的初始尺寸在双对数坐标下也呈线性关系，随着裂纹初始尺寸增加，循环疲劳寿命降低。试验结果同时表明，回火消除残余应力试样的循环疲劳寿命都远大于未回火试样。计算表明，该种氧化锆陶瓷的裂纹缓慢扩展指数大约在8～13之间。     

内含硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展研究

为研究钛合金轮盘内部硬α夹杂疲劳裂纹扩展特性，对含预置硬α夹杂钛合金轮盘开展低循环疲劳裂纹扩展试验。结果表明:5229次循环后轮盘破裂；疲劳断口宏观、微观特征显示，预置硬α夹杂为本次疲劳破坏的疲劳源；在裂纹扩展前期，轮盘断口裂纹扩展速率较材料试验数据快；在裂纹扩展中期，断口裂纹扩展速率曲线呈对数线性关系；为了解决疲劳裂纹扩展后期疲劳条带不易识别的问题，使用等效裂纹扩展模型拟合断口裂纹扩展速率曲线，从而可以利用疲劳条带宽度来计算总寿命。同时，利用断口数据，提出和总结了预置硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展特性仿真研究的方法。仿真研究显示:基于Paris公式建立裂纹扩展模型能较好地预测轮盘裂纹扩展特性；轮盘由于疲劳发生最终断裂破坏时，裂纹前沿的应力强度因子远大于断裂韧性，因此，不宜使用应力强度因子直接作为破裂准则。     

高速列车用A6N01-T5铝合金激光-MIG复合焊接头疲劳性能研究

采用显微硬度和拉伸性能测试对比了激光-单丝脉冲MIG复合焊和MIG焊接的4 mm厚A6N01-T5铝合金板接头的力学性能。通过高周疲劳测试、疲劳裂纹扩展速率试验以及疲劳断口分析,探讨了激光-MIG复合焊接头的疲劳性能和断裂行为。结果表明,与母材相比,复合焊接头和MIG焊接头焊后均发生强度损失现象,且MIG焊接头的损失程度更为严重。复合焊接头疲劳寿命随应力幅的增加而减小,且同一应力幅下,寿命分布具有分散性,50%存活率下A6N01铝合金复合焊接头的疲劳强度为104 MPa,为母材(117 MPa)的88.9%。A6N01铝合金母材和复合焊接头的da/d N-ΔK曲线存在交叉现象,当ΔK18.63 MPa·m~(1/2)时,焊缝的裂纹扩展速率慢于母材,认为可以安全可靠地进行服役。复合焊接头疲劳裂纹由加工缺陷处萌生,裂纹源区呈现类解理河流花样;裂纹稳定扩展区未发现疲劳条带;瞬断区存在大小不一的韧窝和较为尖锐的撕裂棱,呈现准解理断裂和韧性断裂的混合断裂形式。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头沿板厚方向低周疲劳性能不均匀性研究

对2219-T62铝合金母材和搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向分层切片分别进行了低周疲劳实验研究,探讨了热力耦合作用不均匀性和焊接工艺参数对接头低周疲劳变形行为的影响.结果表明:在低外加总应变幅0.1%和0.2%时,低周疲劳循环应力幅和塑性应变幅曲线呈水平分布,疲劳裂纹萌生于试样表面且具有单一性,裂纹扩展区有明显的疲劳辉纹;在高应变幅0.4%,0.6%和0.8%时,应力幅升高,塑性应变幅降低,发生循环硬化,且随着应变幅的增加,疲劳循环应变硬化程度逐渐升高,裂纹萌生具有多源性,以韧窝断裂特征为主.母材疲劳寿命高于FSW接头;与接头中部和底部切片相比,上部疲劳寿命较低.随转速的升高,疲劳寿命降低,焊速对其影响较小.     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响及寿命预测

本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法,制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明,应变幅为0.8%,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时,建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式,研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响,在一定夹杂物尺寸范围内,SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命,同时,研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。