轧辊热裂纹的控制

轧辊热裂纹是轧制过程中在轧辊的表面生成的散布或局部的裂纹,它的产生主要是周期性交变热应力作用的结果。轧辊热裂纹有较大的危害,会剥落、断辊等。预防的措施有：1.增大圆弧角在保证产品质量的前提下,适当增大过渡圆弧的半径,可以减轻应力的集中。     

超音速等离子喷涂层的接触疲劳失效研究进展

介绍了超音速等离子喷涂层在服役过程中常见的4种疲劳失效形式(表面磨损、点蚀、分层和剥落)及其发生的机理。综述了涂层结构完整性对疲劳失效的影响,即粗糙度、孔隙率和微裂纹对疲劳失效的作用机制。总结了不同的服役条件(接触应力、润滑状态)对疲劳磨损失效的影响规律,展望了接触疲劳失效机制的研究方向,指出应从涂层内部结构和服役条件来揭示疲劳损伤机理。     

热轧带钢精轧辊的正确使用及其失效原因分析

介绍了热轧带钢轧辊常规使用与维护技术要求,分析轧辊在使用过程中出现的剥落、断裂、裂纹等失效形式的特征及产生原因,并给出了合理的纠正与预防措施,以减小轧辊失效带来的损失.     

高钒高速钢、高铬铸铁冷轧辊磨损试验研究

通过对高钒高速钢、高铬铸铁轧辊试样的冷轧模拟试验研究表明,高钒高速钢由于其均匀分布、形态较好的高硬度碳化物使其耐磨性大幅提高,在同等试验条件下为高铬铸铁试样的4.4倍.微观分析表明,轧辊试样磨损机理主要表现为疲劳剥落,浅层剥落主要表现为棘齿裂纹的萌生、扩展与断裂的过程;高铬铸铁轧辊试样深层失效主要表现为MC3型碳化物的断裂并形成裂纹源并在疲劳循环过程中断裂失效,高钒高速钢轧辊试样MC型碳化物有少量破碎并形成晶间裂纹源,主要失效方式表现为碳化物颗粒剥落,并对此进行了定性的力学解释.     

工程用35CrMo钢的断裂失效与预防措施

采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、金相显微镜(OM)和显微硬度计,对发生断裂的工程用35Cr Mo钢进行了断裂失效分析,并提出了相应的预防措施。结果表明,工程用钢基体组织为回火索氏体+少量铁素体;螺纹表面存在约18μm的脱碳层,螺纹根部有机械损伤和淬火裂纹;工程用钢的断裂失效形式为氢致延迟断裂,使用前的螺纹根部的机械损伤和淬火裂纹,使得在外加应力的作用下氢原子向裂纹尖端移动和富集,使局部氢浓度升高,使工程用钢发生氢致延迟断裂。裂纹起始于螺纹根部近表面的机械损伤或淬火裂纹处,并逐渐扩展至心部,在多源裂纹交汇处形成劈拉台阶,并最终造成断裂。     

冷轧轧辊失效原因分析及改进措施

柳钢中金950 mm六辊六机架不锈钢窄带冷连轧轧辊的主要失效形式为爆辊(剥落)、断裂、裂纹等。本文对轧辊失效原因进行分析,结果表明轧辊内部质量缺陷、轧制工艺不合理、轧辊使用管理不当等是导致轧辊失效的主要原因。通过加强轧辊使用过程无损探伤检测、优化轧制工艺及加强原料质量监控、规范轧辊使用管理等措施的实施,不锈钢窄带冷连轧月断带率由1.59%降低至0.53%,轧辊失效支数由19支/月降到稳定控制在2～5支/月,有效提高了连轧机组生产效率,降低了生产成本。     

热轧宽带钢精轧工作辊失效原因分析

为提高热轧宽带钢精轧工作辊使用寿命和高效处理此类轧辊质量异议,对轧钢生产过程中精轧工作辊失效的4种主要形式,即磨损、表面裂纹、剥落、断裂进行探讨,分析其产生的主要原因,并针对每一种失效形式提出具体的改进方法和预防措施,从而为合理利用轧辊和处理轧辊质量异议提供了参考依据。     

冷轧辊典型失效形式分析综述

概述了冷轧辊的断裂、剥落、磨损3种典型失效形式的研究现状。重点介绍了辊颈断裂和辊身断裂的位置和方向、典型断口形貌特征、裂纹萌生源与原因、常见的结合层剥落和工作层浅层剥落形式的典型形貌特征及原因;总结了轧辊磨损预报模型的研究现状,并详细介绍了典型的磨损预报模型,最后展望了冷轧辊研究工作的方向。对轧辊的损伤和继续研究工作具有一定的参考价值。     

四点弯曲条件下热障涂层断裂模式的声发射表征

采用声发射技术实时监测喷涂态8% Y₂O₃稳定的ZrO₂（8YSZ）在四点弯曲载荷下的损伤断裂行为。采用特征参数分析、聚类分析和小波包变换分析声发射信号结合涂层的微观形貌和应力状态,从而推测出热障涂层系统的失效形式。结果表明：内弯和外弯两种加载模式下,均各有4种失效行为。宏观断裂对应的剥落信号无明显频带,而基底变形、表面垂直裂纹、张开型界面裂纹和剪切型界面裂纹信号对应的主频带可清晰区分为：0~156.25 kHz、156.25~234.375 kHz、312.625~390.625 kHz和390.625~468.75 kHz。热障涂层在外弯载荷下,表面垂直裂纹不断出现,随后扩展到粘结层-陶瓷层界面处并转化为张开型界面裂纹;而在内弯载荷下,则在粘结层-陶瓷层界面附近产生剪切型界面裂纹,仅出现少量的表面垂直裂纹。两种界面裂纹均会引起热障涂层的宏观裂纹和剥落。     

高速钢轧辊的组织性能及失效机制

针对高速钢轧辊剥落试样,通过SEM对试样表面裂纹、内部裂纹和断口形貌进行了观察,同时对样品进行了EDS分析及硬度测试,研究了高速钢轧辊组织中碳化物种类、形态及分布,分析了影响疲劳裂纹形成、扩展因素,以及硬度和耐磨性变化的影响因素。结果表明:高速钢轧辊表面产生热疲劳裂纹的主要原因是由于轧辊受到剧烈的冷热温度交替变化,在辊表面产生严重热应变,出现热疲劳裂纹,扩展后造成剥落。裂纹萌生、扩展路径和方式与热疲劳或接触疲劳应力有关,减少轧辊中夹杂物的数量,细化夹杂物状态,改善轧辊组织中碳化物的形态和分布,有利于减轻热疲劳裂纹的萌生和扩展。     

45碳钢低周疲劳与应力循环棘轮失效的实验研究

对调质处理的45碳素结构钢进行了应变循环低周疲劳实验以及应力控制棘轮失效实验．对于前者进行了带平均应变和不带平均应变的实验，以研究平均应变对低周疲劳特性的影响；对于后者研究了平均应力和应力幅值对棘轮失效的影响．应变循环实验表明：平均应变对循环饱和行为以及低周疲劳循环失效圈数并没有明显的影响，但对材料的循环初期循环塑性行为有影响．棘轮失效实验结果表明：当应力幅值较大而平均应力较小时，材料的棘轮失效主要归于较大塑性应变幅值引起的低周疲劳破坏；当平均应力较大而应力幅值相对较小时，材料的棘轮失效主要归于较大的棘轮应变引起的材料韧性破坏，其失效准则可以用最大单调极限应变来表征．     

车轮钢中的白点及其断口形貌研究

研究了车轮钢中白点的形成过程，制备了白点（氢压裂纹）的真实断口，并与含白点试样的各种断口进行了对比．结果表明，先形成氢鼓泡，然后从鼓泡壁产生微裂纹，它们互相连接形成白点．白点断口和含白点试样的断口概念不同，前者为准解理，与氢致滞后开裂断口相同；后者则依赖断裂方式和试样厚度．钢中白点除了产生二次裂纹外，对各种断口形貌均无影响．车轮钢的滞后断裂由原子氢引起，与白点无关．     

重型汽车发动机曲轴断裂分析

某重型汽车在正常行驶过程中,发动机曲轴突然发生断裂。对失效曲轴进行硬度测试、金相组织检查及断口宏微观观察等综合分析,结果表明：该曲轴断裂性质为弯曲-扭转疲劳断裂,其断口明显分为3个区域,即疲劳源区、扩展区和瞬断区;曲轴表面硬度比规定硬度值低,问时,材料表层和内部存在较多弥散分布的气孔及Al2O3、MnS等氧化物和硫化物夹杂,在弯矩和扭矩的共同作用下,疲劳裂纹从曲轴轴径油孔下方过渡圆角处等应力集中区域开始萌生,并沿与轴径约呈45°的方向扩展,最终导致曲轴断裂失效。     

UCM轧机中间辊接触疲劳硬化层深度研究

通过现场跟踪、形貌观测、硬度检测和理论计算的方法，对UCM轧机中间辊在正常轧制周期内辊身表面接触疲劳硬化层深度进行研究，给出了正常轧制下机后中间辊磨削运维的建议，降低了该类轧机中间辊失效的风险。UCM轧机中间辊在正常轧制周期内，在轧制力和辊间循环接触应力的叠加下，其辊身表面产生接触疲劳硬化，辊身中部硬度可提升HSD 1~2，相应操作侧硬度与新辊相比变化不大，但传动侧由于轴向窜入受轧制力和循环接触应力的作用在距端部100 mm左右位置硬度会增加HSD 5~6，接触疲劳硬化明显。根据Hertz接触疲劳理论计算得出，在此工况下中间辊辊身表面最大剪切应力出现在轧辊表面以下0.3 mm左右（半径方向），通过设计直径方向0.6 mm的修磨量可有效去除疲劳硬化层，使辊身表面硬度恢复至新辊硬度值，随后继续上机使用可有效降低轧辊失效的风险。     

平整机支承辊四列圆柱滚动轴承失效分析

针对发生在某冷轧连退平整机支承辊四列圆柱滚动轴承多次发生的断裂剥落失效事故,对事故原因进行分析表明：在距轴承外圈滚道面7mm处,存在剪应力集中;中间两列滚动体比两边滚动体受力大。采用加大中间两列滚动体游隙方法,均分载荷;采用新材质,提高剪切强度安全系数。改进后,轴承使用寿命明显提高。     

发动机38CrMoAlA离合器齿轮缺陷分析

发动机38CrMoAlA离合器齿轮在工厂试车后,磁粉检测发现靠近齿轮端面的杆部有3条磁痕缺陷。通过对齿轮上的磁痕缺陷进行外观检查、电镜观察、金相检查、化学成分分析和断口观察,并抽取了1件新品齿轮进行了故障模拟再现,确定了磁痕缺陷的性质及产生原因,并采取了有效措施。结果表明:磁痕显示的原因与该位置存在裂纹有关;由于离合器齿轮在机加磨削过程中存在较大的残余应力,在试车工作应力的诱发下,导致了一次性裂纹的产生。通过改进加工工艺和低温退火工艺可解决该故障问题,对于以后齿轮故障问题的解决和处理有一定的借鉴和指导作用。     

船用吊篮高空坠落事故原因分析

船用作业吊篮在距地面20m岛处作业时发生坠落事故。通过断口宏微观观察、化学成分分析、力学性能检测及金相组织检查等,对事故中的断裂螺栓进行检验和分析。对吊篮系统在役情况下的应力分布和安全性进行计算和分析,计算结果表明：事故中M36mm螺栓在正常服役、违章作业、存在微裂纹缺陷等条件下是安令的。对吊篮坠落事故的发生过程进行分析与计算,结果表明：当吊篮系统受到外力作用而失去平衡的瞬间,巨大的剪切载荷造成梁端部M10mm连接螺栓首先剪切断裂,梁坠落过程中M36mm螺栓在冲击、扭转和弯曲应方下发牛断裂,最终整个吊篮系统发生高空坠落。     

飞机水平安定面后梁中段失效分析与改进措施

针对飞机水平安定面后梁中段裂纹和腐蚀问题,结合产品设计及制造工艺,采用断口显微分析、金相检验、硬度检测以及能谱分析等方法对该段裂纹形成的原因。结果发现:后梁中段裂纹性质为应力腐蚀裂纹,裂纹断口上存在的氯化物和硫化物为主的腐蚀产物;后梁中段在制造过程中表面防护层均有不同程度破损,LD5合金在富含Cl-的环境中经残余应力及工作应力的综合作用产生了应力腐蚀开裂。针对产生裂纹和腐蚀的各种因素,提出了切实有效的治理措施,将使该型飞机水平安定面后梁中段连接和防护状态更趋完善,保障机体寿命。     

Damage mechanism of a nodular cast iron under the very high cycle fatigue regime

Fatigue behaviour in the very high cycle regime (VHCF) of 10¹⁰ cycles were investigated with a cast iron (GS51) under ultrasonic fatigue test system (20 kHz) in ambient air at room temperature with a stress ratio R = −1.

The influence of frequency was examined by comparing similar data generated on conventional servo hydraulic test systems. An advanced, high-speed, and high-sensitivity infrared imaging system was used to measure the temperature changes during ultrasonic fatigue test at various load levels caused by internal damping due to a very high frequency cycling. The temperature field on the surface specimen was determined by using a non-destructive measurement technique called infrared pyrometer. An infrared camera made up of a matrix of 320 × 240 detectors was used.

The S-N curves obtained show that fatigue failure occurred beyond 10⁹ cycles, fatigue limit does not exist for the cast iron and there is no evidence of frequency effect on the test results. A detailed study on fatigue specimens subjected to ultrasonic frequency shows that the temperature evolution of the cast iron specimen is very evident, the temperature increased just at the beginning of the test, the temperature increased depending on the maximum stress amplitude. Under the current test conditions, the high cycle fatigue (VHCF) behaviour of the cast iron exhibited a typical fatigue crack growth process, that is, fatigue initiation takes place always at the surface graphite or subsurface void; the distinctive stable fatigue crack growth zone can be found around the fatigue crack initiation site, the change of fatigue initiation site from surface to subsurface is associated with the complex effects of applied maximum stress level, surface condition.

Under lower stress amplitude and high cycle condition, surface graphite fatigue initiation is predominantly depended on cyclic stress amplitude; subsurface void fatigue initiation is determined by maximum cyclic stress.

In the process of small crack propagation, the temperature in local plastic zone increase very sharply. The temperature field of ultrasonic fatigue specimen can be changed with the cooling condition; internal heating can accelerate surface fatigue crack initiation and propagation.

Fatigue properties in VHCF regime were studied for cast iron (GS51) at 20 kHz frequency and for the first time, crack initiation and propagation stages were analyzed using a high-sensitivity infrared camera. The new Paris's model for fish eye formation in the gigacycle fatigue were also confirmed by this study.     

高温合金焊接接头动态拉伸变形断裂行为

借助扫描电子显微镜(SEM)的专用拉伸台,通过取自相同焊接接头疲劳试件的原位拉伸试验和疲劳试验,分析了高温合金焊接接头原位拉伸的动态断裂过程,讨论了原位拉伸断裂行为与疲劳断裂的关系。结果表明,高温合金熔化焊接接头强韧性良好,断裂前应变可达17．5％,具有明显的形变强化效应;焊缝断裂形貌与应力状态密切相关,在平面应力状态下,裂纹形成于熔合区晶内缺陷和晶界交汇处,以延性剪切型断裂为主,在应力集中的棱角处,易诱发穿晶脆断;焊缝熔合区的微观组织不均匀性和焊趾应力集中的联合作用将使焊接接头在疲劳试验过程中发生应变硬化,引发疲劳裂纹。