金属的疲劳性能与拉伸性能的关系

本文总结了疲劳极限、疲劳裂纹起始门槛值、裂纹扩展门槛值、应变疲劳寿命、疲劳裂纹起始寿命和裂纹扩展速率与拉伸性能间的定量表达式。最后提出了需要研究的课题。     

显微组织对0Cr13Ni5Mo不锈钢高周疲劳的影响机制

为揭示显微组织对低碳马氏体高强韧不锈钢疲劳损伤的影响规律,选取两种不同的工艺对0Cr13Ni5Mo钢(退火态)进行热处理:工艺1,淬火(1 050℃保温1 h,油冷)+回火(650℃保温2 h,空冷);工艺2,淬火(1 050℃保温1 h,油冷)+回火(700℃保温2 h,空冷)。用光学显微镜(OM)和电子显微镜(SEM)对不同热处理工艺下试板的显微组织、疲劳断口进行分析,通过拉伸、冲击和高周疲劳试验测试试板的力学性能。结果表明:两种热处理工艺下试板的组织均为板条状回火马氏体+逆变奥氏体+颗粒状碳化物,工艺2的显微组织中逆变奥氏体的量大大减少;试板经两种热处理后冲击功均大幅提升,工艺1试板的冲击功最大,为86 J,抗拉强度、屈服强度、高周疲劳极限均最高,分别为956.11、746.19、480 MPa;试样的S-N曲线在107周次左右时会出现平台,且当疲劳寿命小于107周次时,S-N曲线呈连续下降趋势,疲劳寿命随载荷的降低而增加;高周疲劳断口可以分为裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区。     

高强马氏体不锈钢疲劳性能及裂纹扩展的研究

通过疲劳试验研究1Cr12Ni2W1Mo1V马氏体不锈钢的疲劳性能和裂纹扩展,并对断口形貌进行扫描分析。结果表明:1Cr12Ni2W1Mo1V钢疲劳强度为518 MPa,疲劳裂纹门槛值ΔKth为3.619 8 MPa·m1/2,符合奥金格公式;断口处分布大量的韧窝和撕裂棱,表现为脆性断裂特征,但是在瞬断区可见撕裂棱,表现为韧性断裂特征。     

炮钢的疲劳短裂纹性态

本文对高强度炮钢进行了有关物理短裂纹性态的试验研究,发现短疲劳裂纹的扩展特性具有异常性。在同一驱动力(△K)下,扩展速率比长裂纹来得快,门槛值低。分析指出:长、短疲劳裂纹门槛值具有△K_(th)~S=△K_(th)~L(a/a_0)~γ的关系;长、短裂纹分界尺寸a_0和有效裂纹l_0之间具有l_0=a_0~(2γ·a~(1-2γ-a))的关系。这些结果对于深入研究短裂纹问题无疑是有参考价值的。     

钢中的低碳马氏体及条间奥氏体

<正> 一、绪言 低碳(一般为增加淬透性常含有少量合金元素)钢经淬火后得到的组织为条状马氏体,具有相当高的强度(屈服强度为100～130kgf/mm~2,抗拉强度120～160kgf/mm~2),良好的塑性(δ_5≥10％,ψ≥40％)和韧性(α_κ≥6kgf·m/cm~2)以及较好的冷加工性、可焊性和热处理变形小等优点。一般淬火钢中低碳(条状)马氏体具有良好韧性的原因主要由于存在条间残余奥氏体,它钝化裂纹的扩展、具有TRIP作用,并呈γ/α的     

热处理条件下17-4PH不锈钢高周疲劳性能分析

对退火态17-4PH不锈钢进行固溶+中间调整+时效处理,分析退火态及固溶时效态17-4PH不锈钢的显微组织、拉伸及高周疲劳等力学性能及疲劳裂纹扩展测试结果。结果表明:两种不同热处理工艺下该钢的显微组织均为回火马氏体、δ-铁素体及逆变奥氏体。相比退火处理,固溶+中间调整+时效处理后的显微组织中δ-铁素体含量降低,且存在ε-Cu、富Nb相等沉淀硬化相析出,其屈服强度、抗拉强度及高周疲劳极限均明显提高,抗拉强度大于1 000 MPa;固溶时效后该钢疲劳裂纹门槛值提高,抵抗裂纹扩展的抗力提高,裂纹扩展速率降低,其稳定扩展区(Paris区)对应的应力强度因子ΔK的范围由13～30 MPa·m1/2扩展至15～70 MPa·m~(1/2)。     

提高淬火低碳钢强度、韧性的途径

<正> 一、前言 板条状马氏体是淬火钢中的重要组织形态。低碳钢淬火获得板条状马氏体组织,可以得到高强度、高韧性和高的耐磨性能。因此,近二十年来,国内外对板条状马氏体的组织形态、机械性能和回火转变进行过大量研究与此同时淬火低碳钢件也在许多机器和结构上得以应用。     

淬火低碳钢的非马氏体组织及其对性能的影响

<正> 低碳钢(包括低碳合金钢)经淬火之后可以获得较高的综合机械性能,已经进行了大量的实验研究,在工业应用方面也取得了较好的效果。淬火低碳钢的优良机械性能,与其具有板条状位错型马氏体组织有着密切的关系。     

中锰铸钢疲劳裂纹扩展行为研究

采用疲劳裂纹扩展速率试验方法中的紧凑拉伸试验 (CT试验 ) ,得到了中锰铸钢疲劳裂纹扩展速率的数学表达式 ;用 SEM和微区相结构测试技术分析了中锰铸钢在疲劳裂纹扩展过程中的行为特点。研究表明 ,中锰奥氏体铸钢在疲劳裂纹扩展过程中 ,裂纹尖端将由应变诱发奥氏体向马氏体转变并伴有相变塑性产生 ,从而延缓了裂纹的扩展速率     

0.36C Ni-Cr-Mo电渣重熔钢的断裂韧性与疲劳性能

本文报导了三种具有不同显微组织状态的电渣重熔钢的断裂韧性和疲劳裂纹扩展数据。在这三种组织状态中,两种是经过淬火加回火但各自晶粒度不同的全马氏体组织,第三种为原始马氏体材料在重新加热后经不完全淬火和回火处理的组织。经不完全淬火的组织是由马氏体基体中含35％左右的下贝氏体所组成,所有三种显微组织状态均经回火,以获得相同的抗拉强度。 不完全淬火钢的断裂韧性(K_(1c))高于粗晶粒的全马氏体材料。但是,经进一步试验证实,不全完淬火材料的断裂韧性之所以高,原因仅在于奥氏体晶粒的细化。所有三种显微组织状态下的疲劳裂纹扩展性能都很相似。扫描电镜显微检验表明,裂纹扩展的第二区表现出“常规”的条纹状,因此其结果可采用形式为da/dN=c△K~m的Paris-Erdogom定律表达。基于本研究工作的结果,提出如下观点:下贝氏体组织降低了经淬火、回火处理的0.36C Ni—Cr-Mo钢的断裂韧性。裂纹扩展速率高于10~(-5)毫米/次时,则不受微观组织状态或晶粒度的影响。     

低碳马氏体及低碳马氏体型钢研究开发中若干新进展

本文综述了我们近几年来在低碳马氏体及低碳马氏体型钢研究开发中若干新进展:包括低碳马氏体自回火及稀土元素的影响;低碳马氏体型超高强度钢的显微结构与疲劳性能的关系;低碳马氏体型钢中疲劳塑性区内的应变诱发马氏体相变;低碳马氏体型钢中的回火马氏体脆性及稀土元素的影响以及通过成分和显微结构控制实现钢的强韧性优化设计的准则。     

基于裂纹萌生和扩展的渗氮钢疲劳寿命预测

以渗氮CrNiW钢的光滑试样和两种缺口试样为研究对象,开展超高周疲劳试验.观察渗氮CrNiW钢的疲劳断口显微组织,分析S-N曲线特性及失效机理,基于裂纹萌生模型和裂纹扩展模型计算渗氮CrNiW钢的萌生和扩展寿命,结合裂纹萌生和扩展寿命计算总疲劳寿命.结果表明:随应力集中系数增加,ΔKFGA小幅降低,ΔKfish-eye减小明显;应力幅值较低时,裂纹萌生寿命占总疲劳寿命的比例很高,裂纹扩展寿命占比很低,基本可忽略;模型预测的总疲劳寿命与试验结果较接近,除个别数据点外,预测结果均在2倍偏差内,预测较准确.     

α-Ti马氏体变形层组织结构的电子显微分析

α－Ｔｉ９２０℃油淬后获得马氏体组织,马氏体在电镜下呈块状和条状。马氏体组织经喷丸强化后表面强化层内出现变形带和变形孪晶。变形孪晶以尖劈状在马氏体基体内成长,不同方位的孪晶交叉发展成框架。变形和孪晶间冲突造成的微观损伤能影响马氏体的疲劳性能     

基于高速数字图像相关法的疲劳裂纹尖端位移应变场变化规律研究

应用高速摄像数字图像相关法研究了谐振式疲劳裂纹扩展试验中紧凑拉伸（CT）试件在高频正弦交变载荷作用下,裂纹稳态扩展阶段裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律。采用数字化高速摄影设备采集系列正弦交变载荷作用下CT试件数字散斑图像,应用数字图像相关(DIC)法计算每幅图像裂纹尖端区域位移和应变场,对裂纹尖端区域特征点的位移、应变值采用最小二乘正弦拟合方法进行拟合,求出振幅、相位、平均载荷等特征量,将拟合出的应变或位移正弦曲线和所对应的系列散斑图像进行匹配,找到一个应力循环内特征位置的图像。使用动态高精度应变仪测量了CT试件在一个应力循环内裂纹尖端点应变值,试验结果表明,DIC应变测量最大误差为4.12%,验证了所提出DIC测量方法的可行性。在此基础上,进行了基于高速DIC方法的谐振式疲劳裂纹扩展试验,研究了疲劳裂纹未扩展时裂纹尖端应变幅值和疲劳循环次数的关系及疲劳裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律。     

残余奥氏体在工具钢中的作用

测定了9SiCr钢经不同热处理后的金相组织及残余奥氏体量,研究了残余奥氏体量及其机械稳定性对力学性能的影响。试验结果表明,通过分级淬火,可获得较多且稳定性较高的残余奥氏体,使材料的抗弯性能提高,疲劳裂纹扩展速率da/dN明显减缓。分析认为,这主要与残余奥氏体性能调节应力分布,降低缺口敏感度,阻碍疲劳紧纹扩展的作用有关。同时,马氏体基体形态也对力学性能起着重要的作用。     

外物损伤对叶片振动疲劳裂纹扩展性能的影响

为研究外物损伤(FOD)对航空发动机叶片的疲劳裂纹扩展影响,基于落锤冲击试验系统,在不同冲击能量下进行TC4钛合金试件的FOD模拟试验及振动疲劳试验,获得损伤试件的裂纹长度与疲劳寿命的关系,并拟合疲劳断口裂纹形貌参数,建立疲劳裂纹扩展寿命预测计算模型。研究结果表明：损伤缺口的深度和宽度随冲击能量的减小而非线性的减小。当冲击能量较大时,试件的疲劳裂纹先沿弯曲微裂纹扩展,后沿直线扩展;当冲击能量较小时,试件疲劳裂纹保持直线扩展。裂纹的萌生寿命与冲击能量、应力水平二者相关。     

碳和锰对湿磨衬板钢组织和性能的影响

对湿磨衬板用加镍及加锰的低碳高合金钢的组织和力学性能及腐蚀条件下的冲击磨损性能进行研究。研究结果表明:对加镍低碳高合金钢,当碳含量由0.16%增至0.25%,合金组织由板条马氏体变为板条、隐晶马氏体与残余奥氏体的混合组织,在腐蚀条件下抗冲击磨损性能先升后降,以0.21%含碳量为最优;加锰的低碳高合金钢在湿式磨机衬板模拟工况环境下,抗冲击磨损性能略优于加镍低碳高合金钢,锰代镍具有可行性。通过分析冲击腐蚀磨损表面形貌、磨面表层及亚表层的状态变化,结果显示两种合金在腐蚀条件下冲击磨损机制接近,后期以疲劳剥层为主。     

铝锂合金疲劳裂纹萌生寿命和短裂纹扩展抗力

综述了近期国内外铝锂合金疲劳裂纹萌生和短裂纹扩展行为的研究进展,包括铝锂合金的热处理、微观结构、微观形变行为等与疲劳裂纹萌生寿命、短裂纹扩展抗力的内在联系,较详细论述了裂尖屏蔽理论。作者还用自己有关铝锂合金疲劳短裂纹扩展方向效应和非扩展倾向的研究结果,对该类合金疲劳裂纹萌生寿命、短裂纹扩展抗力与疲劳寿命不对应作出了理论解释。     

基于三维CT试样的X65钢裂纹扩展规律研究

海底管道是运输石油、天然气等战略资源最为安全和经济的方式,X65钢作为管道钢的主要制造材料,其稳定性和安全性备受关注.针对X65钢的疲劳裂纹扩展问题,建立三维紧凑拉伸(CT)试样的有限元模型,分别用扩展有限元法(XFEM)和专业裂纹扩展仿真软件模拟裂纹准静态和动态扩展过程,通过疲劳试验对模拟结果进行验证.结果表明:基于裂纹动态扩展的数值模拟结果更接近实际情况,通过疲劳试验测得的K值与裂纹动态扩展模拟值相差小于3％,而与XFEM和解析公式值在裂纹扩展后期相差6.8％.针对现行规范解析公式基于平面假设问题,提出一种适用于三维应力状态的标准CT试样裂尖应力强度因子计算改进公式,得到基于Paris公式的裂纹扩展速率线性拟合参数lgC=-8.2223,m=2.9664.     

夹层结构自冲铆接头疲劳性能的研究

以不同泡沫金属为夹层进行自冲铆接头疲劳试验,采用二参数威布尔分布检验疲劳数据,并拟合各组试样的S-N曲线。用扫描电子显微镜观测不同疲劳区接头的典型疲劳断口,分析裂纹萌生形式,研究接头在不同应力下的失效机理。结果表明:以泡沫镍为夹层的接头疲劳寿命明显优于泡沫铁镍为夹层的接头;泡沫镍在微动过程中迁移流动能力较强,在磨屑床中起第三体润滑承载作用;接头的疲劳裂纹萌生于接头的铆接点下板或铆孔中心的下板一侧区域;铝合金疲劳源区晶粒滑移呈不均匀性,疲劳裂纹萌生于金属夹杂物、第二相处;接头的裂纹扩展区可观察到大量密集分布的疲劳条带,并伴有较深的二次裂纹;在瞬断区,铝合金自冲铆接头呈韧窝形貌。