WC颗粒增强钢基复合材料热疲劳裂纹扩展方式与机理研究

以复合电冶熔铸技术制备的WC颗粒增强钢基复合材料为研究对象,通过热震试验,研究热裂纹的扩展方式、途径和基本规律,并分析了热疲劳机理。结果表明,萌生热裂纹需要一定的孕育期,五至十次循环后,裂纹就会萌生在缺口根部倒角圆弧与两边的切点处。热疲劳裂纹的扩展方式分为通过碳化物和钢基体的分界面扩展、贯穿大颗粒WC和大块碳化物扩展、沿网状碳化物链扩展、穿越WC小颗粒聚集区扩展、穿过鱼骨状碳化物扩展和穿越钢基体扩展。热疲劳裂纹的扩展可分为弯曲扩展或分岔扩展,裂纹扩展前方的孔洞、微裂纹和热应力聚集共同作用导致了热疲劳裂纹的延伸。热疲劳裂纹扩展机理是增强颗粒、钢基体、组织缺陷和热应力的综合作用结果。     

A356铸造铝合金的疲劳裂纹萌生及短裂纹扩展研究

研究了A356-T6铸造铝合金的缺口疲劳裂纹萌生与早期扩展行为及机制.结果表明,热等静压试样的疲劳抗力优于非热等静压试样.对于钝缺口试样,疲劳裂纹萌生于缺口根部附近的多个平面,最终哪个裂纹源扩展成主裂纹取决于局部微观组织.对于缺口几何形状不同的热等静压和非热等静压疲劳试样,在疲劳过程中,不管是在高应力状态下,还是在低应力状态下,都出现了铝基体的循环塑性变形和共晶硅粒子断裂导致疲劳裂纹萌生.对于非热等静压试样,铸造缩孔在构件的疲劳过程中起着重要作用,但即使缺口根部存在较大尺度的铸造缩孔,导致了疲劳裂纹萌生,但也同时观察到疲劳裂纹从共晶硅粒子、金属间化合物、铝基体的滑移带和铁基金属间化合物等处萌生.对于脆性的A356铸造铝合金可采用修正的断裂力学参量ΔKn、局部应力范围Δσ或局部应变幅Δε/2作为控制参量来表征疲劳裂纹萌生行为,而缺口有效应力强度因子范围ΔKneff和ΔJs参量可用来表征缺口场中短裂纹扩展行为.     

GJW50钢结硬质合金热疲劳裂纹扩展的研究

在自约束型热疲劳试验机上对GJW50钢结硬质合金进行了热循环试验，用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力的作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态。结果表明：在合金中的两大相——硬质相和钢基体相，热疲劳裂纹优先在硬质相区中扩展；扩展的方式受硬质相粒子的尺寸及分布状态所控制。小颗粒的WC粒子聚集区及该区与钢基体区的交界而是热疲劳裂纹的主要扩展地；大尺寸的WC粒子的“自身裂纹”是热疲劳裂纹的必经之处。由于钢皋体相阻碍热疲劳裂纹的扩展，导致裂纹呈非连续性扩展；热疲劳裂纹是以“搭桥”形式穿过钢基体相；扩展路径的形态呈“折线”和“梯形”形态。     

热应力作用下碳化钨基钢结硬质合金梯形裂纹的形成机理

在自约束型热疲劳试验机上对碳化钨含量不同的钢结硬质合金进行了热疲劳试验，用金相显微镜和扫描电镜对热疲劳裂纹扩展行为进行了研究。结果表明：在热应力作用下，不仅在合金的表面，在合金的内部都形成了“梯形”裂纹。这种形态的裂纹是由试样缺口处的热疲劳裂纹扩展而引起的，合金中的钢基体相阻碍裂纹扩展，而WC硬质相诱导裂纹扩展，这两种因素的综合作用促使热疲劳裂纹成“梯形”扩展。分析认为：使WC粒子在钢基体中均匀分布，提高钢基体的热疲劳抗力，从而来阻止梯形裂纹的形成，是提高碳化钨钢锆硬质合金抗热疲劳性能的有效途径。     

WC颗粒增强钢基复合材料的热疲劳裂纹萌生机理研究

以复合电冶熔铸技术制备的WC颗粒增强钢基复合材料为研究对象,通过热疲劳试验,研究热裂纹萌生的起因、位置和过程,并分析了热疲劳裂纹萌生的机理。结果表明:受热应力的影响,萌生裂纹需要一定的孕育期,5～10次循环后,裂纹就会萌生在缺口根部倒角圆弧与两边的切点处。增强颗粒与钢基体的热疲劳抗力间的差异,导致了裂纹萌生的间断性和不连续性,且裂纹萌生与氧化腐蚀二者互为促进、交替进行。热应力造成位错大量聚集在增强颗粒/钢基体的交界处,微孔连通就在界面处产生小裂纹,继而发展为大裂纹,由此造成增强颗粒从钢基体上脱落,最终引发断裂。     

钢结硬质合金热疲劳裂纹萌生扩展机理探讨

对GJW50钢结硬质合金进行了20℃-680℃的热循环试验,研究了该合金热疲劳裂纹萌生及扩展机理,重点研究裂纹在其宽度方向上的扩展机理。结果表明：经过一定次数的冷热循环后,与缺口边缘垂直方向萌生多条平行裂纹,其中在缺口尖端处与热循环方向平行的一条微裂纹发展成为主裂纹。裂纹在萌生过程中伴随着严重的氧化腐蚀,二者相互影响,氧化腐蚀促进裂纹的萌生。在主裂纹长大的过程中,与主裂纹平行方向和垂直方向同时萌生多条相互平行的微裂纹;这些微裂纹随着循环次数的增多而长大,最终与主裂纹相连相通,形成主裂纹在宽度方向上的扩展。     

喷射沉积Al-Si/SiCp制动盘材料的热疲劳微裂纹扩展行为

采用V形缺口试样,研究喷射沉积Al-Si/SiCp复合材料制动盘在25(450 ℃热循环下的热疲劳行为.通过金相显微镜和扫描电镜观察了复合材料的组织和热疲劳裂纹形貌,研究热疲劳裂纹形成与扩展机制.结果表明:热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生;在同样的热循环次数下,热处理前的试样要比热处理后的试样先出现裂纹,且裂纹扩展的速率较快;裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹与Si颗粒相互作用的主要机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有明显的交互作用.因此,改善Si相的形态和分布以及加强Al/SiC颗粒间的界面结合有利于提高热疲劳裂纹扩展的抗力.     

渗氮及表面增碳对3Cr2W8V钢冷热疲劳行为的影响

用板状缺口试样研究了在自约束条件下，表面增碳和渗氮对３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢冷—热疲劳裂纹萌生，扩展及裂纹形态特征的影响，结果表明，表面增碳及渗氮均使钢的热疲劳裂纹萌生及扩展抗力降低，渗氮尤为显著，经渗氮处理的试样在冷—热疲劳试验中除缺口尖端出现主裂纹外，试样表面较早出现大量裂纹，最后形成龟裂；表面增碳的试样在试验中也出现少量表面裂纹，而表面化学成分无变化的试样则未出现表面裂纹。     

5CrMnMo钢的热疲劳裂纹研究SCIEI

通过自制Coffin型及自约束型热疲劳试验机研究了5CrMnMc钢经不同热处理后的热疲劳行为。利用扫描电镜、透射电镜等揭示了热疲劳裂纹萌生及其扩展。结果表明,淬火态的5CrMnMo钢绝大多数热疲劳裂纹优先在晶界处萌生;淬回火态的试样裂纹主要萌生于碳化物与基体的脱开处,或形成晶界裂纹;无论是淬火或淬回火态的试样其热疲劳裂纹主要沿着碳化物与基体脱开处及晶界裂纹桥接而扩展。     

6156-T62铝合金的高周疲劳性能研究

研究了不同取样方向和应力集中系数(Kt)条件下6156铝合金的高周疲劳性能,并利用金相、透射和扫描电镜对合金的显微组织及断口进行了观察。结果表明,在同一应力水平条件下,取样方向对光滑试样和缺口试样的疲劳寿命影响甚微。光滑试样(Kt=1)的疲劳寿命大于缺口试样(Kt=3)的疲劳寿命,表明此合金有明显的缺口效应。第二相粒子在疲劳裂纹萌生过程中起关键作用,绝大部分裂纹都是在表面粗大粒子上或粒子/基体界面上萌生。     

Crack growth behavior of SRR99 single crystal superalloy under thermal fatigue

The thermal fatigue behavior of a single crystal superalloy SRR99 was investigated.Specimens with V-type notch were tested at the peak temperatures of 900,1000,and 1100℃.The crack growth curves as a function of the number of cycles were plotted.With the increase of peak temperature,the crack initiation life was shortened dramatically.Through optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) observation,it was found that multiple small cracks nucleated at the notch tip region but only one or two of them continued to develop in the following thermal cycles.The primary cracks generally propagated along a preferential direction.Microstructure changes after thermal fatigue were also discussed on the basis of SEM observation.     

离心铸造LGJW20钢结硬质合金热疲性能研究

在自约束型热疲劳试验机上对LGJW20钢结硬质合金进行了热疲劳试验,借助金相分析、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法观察了合金的显微组织,重点研究了LGJW20的热疲劳性能表现,分析了热处理工艺对合金热疲劳性能的影响。结果表明:合金中硬质相主要由鱼骨状共晶碳化物、网状二次碳化物及大块状碳化物组成;合金的热疲劳裂纹在缺口根部萌生,以一条主裂纹形式沿碳化物扩展;合适的热处理工艺能提高基体的高温屈服强度,改善合金的组织结构,提高了合金的热疲劳性能。LGJW20经过980℃淬火、200℃回火处理后热疲劳性能最佳。     

2024高强铝合金腐蚀小裂纹行为研究

本文研究了2024-T62高强铝合金在带有腐蚀预损伤的基础上的腐蚀小裂纹行为。小裂纹试验采用单边缺口拉伸试样（SENT）,在试样半圆形缺口根部预制直径大小为100～300μm的单腐蚀坑,然后在3．5％NaCl溶液中进行疲劳小裂纹试验。采用QUESTAR长焦距显微镜与摄像机相结合的QUESTAR—CCD监测腐蚀小裂纹的萌生及扩展情况。试验结果表明,小裂纹绝大多数萌生在缺口根部腐蚀坑位置,并呈半椭圆形的表面裂纹;该材料在R=0.06恒幅载荷下,小裂纹效应不明显;对应可观测到的最小裂纹长度为6～60μm,裂纹起始寿命约占疲劳寿命的15％～25％。     

单晶高温合金的冷热疲裂纹生长行为研究

研究了3种不同镍基高温合金在不同的热循环温度下的热疲劳性能.结果表明,单晶高温合金具有较好的热疲劳抗性,分别用光学显微镜和扫描电镜对热疲劳裂纹的萌生和扩展行为进行观察发现,裂纹首先在缺口处萌生,而在不同合金中裂纹的扩展行为具有显著差异.在单晶高温合金中裂纹的扩展方向与枝晶生长方向成45°,而在Mar-M002多晶定向合金中,裂纹则主要沿着枝晶间区域的共晶和碳化物进行扩展.扩展方式的不同对合金的热疲劳抗性会产生很大的影响.     

两种不同碳含量铁素体+珠光体型非调质钢的缺口高周疲劳破坏行为

采用旋转弯曲疲劳实验和疲劳裂纹扩展速率实验研究了两种不同碳含量的铁素体+珠光体型非调质钢30MnVS和49MnVS的光滑样和缺口样(应力集中系数Kt=4)的高周疲劳破坏行为。结果表明,缺口对实验钢的疲劳极限具有显著的影响,30MnVS和49MnVS钢缺口样的疲劳极限较光滑样降低了约69%,呈现出较高的疲劳缺口敏感性。与49MnVS钢相比,30MnVS钢的光滑疲劳极限提高了11.0%,缺口疲劳极限提高了8.5%,但30MnVS钢的疲劳缺口敏感性及疲劳裂纹扩展速率均略高。两种实验钢的疲劳裂纹往往萌生于试样或缺口根部表面基体组织中的铁素体/珠光体边界,并优先沿着该边界扩展。实验结果及文献数据的拟合分析表明,可采用Kt的二次多项式拟合公式来简便地计算Kf值。     

THERMAL SHOCK FATIGUE BEHAVIORS OF CEMENTED CARBIDE YG20

ＴＨＥＲＭＡＬＳＨＯＣＫＦＡＴＩＧＵＥＢＥＨＡＶＩＯＲＳＯＦＣＥＭＥＮＴＥＤＣＡＲＢＩＤＥＹＧ２０①ＬｉｕＮｉｎｇ，ＸｕＧｅｎｙｉｎｇ，ＸｕＹｕｄｏｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＩｎ...     

GJW35钢结硬质合金热疲劳裂纹萌生初步探讨

GJW35钢结硬质合金是一种用于热作工模具的新材料。对该合金的热疲劳裂纹萌生全过程进行了观察,结果表明,在裂纹孕育期间,试样缺口边缘上出现凹坑,且随着循环次数的增加,凹坑数目增多,尺寸增大,热疲劳裂纹在凹坑底部萌生。在缺口前沿区内的微孔也随着循环次数的增加而增多、增大;最终,微孔连结形成裂纹。     

激光冲击强化ZCuAl10Fe3Mn2合金的热疲劳裂纹生长行为

为了提高高温构件的热疲劳性能、减少表面裂纹,研究激光冲击对ZCuAl10Fe3Mn2合金硬度、表面形貌、残余应力和热疲劳性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析合金的显微组织和裂纹形貌。结果表明:在4 J脉冲能量下,激光冲击能显著改善合金的热疲劳性能。在热应力和交变应力的作用下,试样缺口附近组织氧化而变得疏松多孔,促使萌生多条微裂纹。其中,竖直方向的微裂纹变为主裂纹,主要以裂尖前沿空洞连体的形式扩展;其他方向的微裂纹沿晶界生长而发生组织脱落现象。