延迟断裂时的现代氢脆概念

本文研究了现代氢脆的基本原理,以及应用这些理论来描述在腐蚀开裂和由气体氢和金属中固溶氢所致氢脆条件下的裂纹扩展动力学和应力强度临界系数的可能性。文中还讨论了断裂过程中氢的扩展作用,以及引起氢脆裂纹扩展的应力-氢浓度达到临界结合时,离裂纹尖端的距离。     

高合金钢碳氮共渗中的氢脆和开裂

钢在含氢气氛中加热时,在奥氏体状态下溶解大量的氢,在铁素体状态氢的溶解度迅速下降。若冷却迅速氢来不及析出,则呈过饱和状态,影响了钢的机械性能,即产生所谓氢脆现象。在电镀、酸洗、焊接中,由于氢渗入引起的氢脆及裂纹早为人们所共知。近年来对吸热式气氛中的氢所引起的氢脆也逐渐被人们所注意。     

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.     

奥氏体热模钢的热疲劳特性

测试了奥氏体热模具钢的热疲劳性能。通过改变钢中的Nb、Ni和Mn的含量,探讨了合金元素对热疲劳裂纹扩展速率的影响,并比较了时效温度的作用。结果表明,增加钢中的Nb和Ni,降低Mn含量可以减小热疲劳裂纹扩展速率;在650℃时效可得到比700℃时效更高的热疲劳抗力,并且随组合指标α_K/σ_b的增加,da/dN将减小。     

T10钢和GCr15钢第一类回灭脆性的研究

本文选用T10钢和GCr15钢,比较了低温回火和第一类回火脆性区回火的常规机械性能;研究了回火温度对K_(IC)、冲击疲劳抗力及疲劳裂纹扩展行为的影响;探讨了两种钢的第一类回火脆性机理。结果表明,拉伸和弯曲试验、冲击疲劳抗力及疲劳裂纹扩展速率对第一类回火脆性不敏感。GCr15钢的第一类回火脆性主要归因于残余奥氏体的机械失稳;T10钢的第一类回火脆性与回火过程中残余奥氏体的分解有关。     

超高强度钻杆钢级显微组织与拉伸性能研究

用OM、SEM、TEM及拉伸试验机等研究超高强度钢级钻杆N150及U165的显微组织和拉伸性能,并与高强钢级钻杆G105及S135进行对比。结果表明:4种钻杆钢的显微组织均为回火索氏体组织,随钢级增加,显微组织更细小;抗拉强度增加速率低于屈服强度;屈服点应变与屈服强度正相关,抗拉强度点应变和抗拉强度负相关;静力拉伸能(STE)和静力韧度均单调增加,表明超高强度钻杆钢U165具有优良的综合拉伸性能;STE能较准确表征材料静态韧度。     

油田注水泵泵体交变腔开裂分析

利用扫描电镜及金相分析 ,对浸泡在 pH值为 7.5～ 8的常温水中并承受交变载荷作用的 42CrMo钢注水泵泵体开裂原因进行了研究。结果表明 42CrMo钢在较低温度或两相区锻造 ,停锻后出现带状组织 ,该组织在热处理后依然存在。这种组织状态的 42CrMo钢工件在腐蚀介质及交变载荷的共同作用下极易形成应力腐蚀裂纹 ,且裂纹扩展速度较快 ,最后导致注水泵泵体早期失效。     

基于表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命预测模型

为了预测表面裂纹萌生与扩展的疲劳寿命,分别对渗碳CrMn钢的光滑试样与渗氮CrNi钢的光滑、缺口试样开展超高周疲劳试验,观察试样的疲劳缺口,分析试样的S-N曲线及疲劳损伤机理。考虑应力比、疲劳缺口系数与残余应力3种因素,构建更准确的裂纹萌生寿命预测模型,并对表面失效的裂纹萌生寿命进行预测。用Israel提出的裂纹扩展寿命预测模型计算裂纹扩展寿命,再将预测的裂纹萌生与扩展寿命相结合得到总疲劳寿命。结果表明：裂纹萌生寿命预测模型的预测结果与试验结果基本一致,构建的新模型较可靠。计算的总疲劳寿命与试验疲劳寿命相比,绝大部分都小于3倍误差,寿命预测较精准。     

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.     

氢对TA16钛合金性能影响研究

研究氢对TA16钛合金显微组织、氢脆行为和应力腐蚀行为的影响,以及TA16钛合金在8.5 MPa高温碱性水中的吸氢性能。结果表明,氢在TA16钛合金中形成面心立方的δ相氢化物TiHx(x=1~2)。在室温条件下,TA16钛合金氢脆敏感性随着合金中的氢含量的增加而增大;在8.5 MPa高温碱性水中,TA16钛合金的应力腐蚀敏感性随着合金中氢含量的增加而增大,但合金中氢的体积浓度小于350 mL/m3时,合金的应力腐蚀敏感指数小于0.2。在8.5 MPa高温碱性水中,TA16钛合金的吸氢量随着浸泡时间的增加而增大,浸泡13 000 h后,TA16钛合金的吸氢体积浓度小于50 mL/m3,合金表面形成的由TiO、TiO2和Ti2O3组成的致密氧化膜。     

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     

疲劳裂纹萌生机制

对于高强度钢和合金来讲,疲劳裂纹萌生是疲劳破坏的最重要组成部分。在高周次疲劳时,宏观裂纹萌生寿命(N_i)与裂纹扩展寿命(N_f)之比(N_i/N_f)大于90％,在低周次疲劳中N_i/N_f也大于50％。疲劳裂纹萌生与结构设计、材质、制造工艺及使用环境等因素有关。疲劳裂纹源的分析应包括力学分析、断口分析、金相分析和表面状态分析诸方面。确定裂纹萌生的性质、原因和条件是解决构件早期疲劳断裂的前提。     

40CrNi2Si2MoVA钢显微组织对冲击疲劳裂纹扩展速率的影响

本文研究了40CrNi2Si2MoVA超高强度钢在油淬和270℃等温淬火两种热处理状态下,显微组织对冲击疲劳裂纹扩展速率(稳态扩展区)的影响。结果表明,在应力强度因子△K较小时,等温淬火组织中da/dN较低,而在△K较大时,油淬组织中da/dN较低;这与在裂纹扩展不同阶段残余奥氏体(A_R)对da/dN的作用不同有关。     

基于DIC的塑性诱导疲劳裂纹闭合行为研究

预测变幅载荷作用下的结构寿命,需研究材料的疲劳裂纹闭合效应,确定材料疲劳扩展时张开载荷的变化规律。针对箭体管路结构中常用的0Cr18Ni9不锈钢,通过数字图像相关技术测试2 mm厚0Cr18Ni9不锈钢板疲劳裂纹扩展时的张开载荷,获得张开载荷随裂纹长度、最大应力强度因子的变化关系;初步得到考虑塑性诱发裂纹闭合效应修正的Paris公式,为其在变幅载荷谱下的裂纹扩展行为预测奠定基础。     

阴极充氢后堆焊熔合区裂纹萌生机理

利用阴极充氢法研究了堆焊熔合区裂纹形核机理。研究发现 ,在阴极充氢条件下进入试样的氢在熔合区发生集聚并形成气团 ,在气团内压的作用下裂纹萌生 ,裂纹一般在熔合区内扩展 ,开裂断口为沿晶断裂     

瞬态热载荷下身管热防护涂层表面开裂行为

火炮身管在服役中受剧烈瞬态热载荷作用,对身管热防护涂层表面裂纹的形核与扩展有重要影响。为探究不同热力学参数和几何参数对镀铬层-钢基底系统表面裂纹在瞬态热载荷下扩展的影响,进行含周期性表面裂纹镀铬层-钢基底系统在瞬态热载荷作用下的裂纹扩展行为研究。结果表明:随对流强度增大,涂层内瞬态热应力增大,表面裂纹扩展驱动力提高;随裂纹长度增加,裂尖能量释放率峰值先增后减;裂纹间距越大,裂尖能量释放率越大。表面裂纹能量释放率越大裂纹越易扩展,引起防护层开裂并过早剥落,降低身管寿命。     

用最大正应力法则确定层状复合材料中疲劳裂纹的扩展方向

针对层状复合材料中疲劳裂纹扩展的复杂路径,用最大正应力法则探讨了疲劳裂纹的扩展方向问题;并利用有效解决高梯度问题的数值方法--任意线法对实测试件进行了数值分析;所预测的裂纹扩展方向再与铝片构成的层状复合材料进行疲劳断裂实验的结果相对比,二者完全一致.这种一致性不仅初步证明了这一方法的正确性和适用性,并为疲劳裂纹扩展全过程的解决提供了必要的基础.     

裂纹在低碳马氏体组织中的疲劳扩展及门槛值研究

本文主要采用显微组织研究方法,对疲劳裂纹在典型的低碳马氏体组织中扩展及门槛值进行了研究。结果表明:疲劳裂纹在低碳马氏体组织中的扩展是以穿晶扩展为主;低碳板条状马氏体组织具有高的疲劳门槛值△K_(th);低碳板条状马氏体组织具有明显的疲劳硬化和裂纹钝化现象。     

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)。     

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。