孔挤压强化对7A85铝合金锻件组织和疲劳性能的影响

采用孔挤压方法对含孔的7A85铝合金锻件进行了强化,对比分析了孔挤压前后试样的疲劳寿命;通过扫描电镜、透射电镜以及X射线应力仪等研究了挤压前后试样的疲劳断口形貌、显微组织变化以及孔表层的残余应力场。结果表明:采用5.3%的挤压过盈量可达到最佳强化效果,其疲劳寿命是挤压强化前的11倍;孔挤压强化后,试样在强化层处产生位错缠结及残余压应力,可有效延缓疲劳裂纹的扩展,从而提高试样的疲劳寿命,压应力层深度约为4.7 mm,最大残余压应力出现在距孔边约1 mm处,其值为-319 MPa。     

7075航空铝合金原位腐蚀-多轴疲劳行为分析

针对沿海地区飞机服役过程中的疲劳失效问题,利用自行开发的腐蚀装置对7075铝合金进行未腐蚀和3.5%NaCl盐雾原位腐蚀条件下,等效应力分别为200 MPa、250 MPa和300 MPa时的多轴疲劳试验。结合循环曲线和断口形貌对未腐蚀和原位腐蚀条件下的多轴疲劳失效机理进行对比分析,并提出改进的Manson-Coffin-Basquin（MCB）准则进行寿命预测。结果表明,随着等效应力的增大,7075铝合金未腐蚀和原位腐蚀条件下多轴疲劳寿命均下降;等效应力相同时,相对于未腐蚀试样,原位腐蚀试样的多轴疲劳寿命显著缩短,轴向和扭向滞回线的面积均不同程度增大;200 MPa等效应力条件下,试样多轴疲劳寿命在未腐蚀条件下为99 675周次,原位腐蚀条件下下降至55 284周次;未腐蚀和原位腐蚀条件下,裂纹源均出现在外表面,原位腐蚀试样扩展区有盐粒出现;修正的MCB准则引入加载条件和环境因素,得到了良好的预测效果,寿命预测值均位于两倍分散带内。     

厚度对5083铝合金薄板超高周弯曲疲劳性能的影响

在超声振动载荷下,对2 mm和5 mm厚5083铝合金薄板进行了超高周弯曲疲劳试验,研究了铝合金薄板厚度对其超高周弯曲疲劳性能的影响。结果表明:5083铝合金薄板的S-N曲线呈连续下降特征,试样在109周次处仍会发生断裂,与一般铝合金的疲劳特征一致,即传统的疲劳极限并不存在;受尺寸效应影响,2mm厚薄板的弯曲疲劳强度高于5mm厚薄板的;尺寸效应在高周阶段对薄板疲劳性能的影响最大,超高周阶段的影响逐渐减弱;试样的疲劳裂纹起源于表面,表现为多源萌生;同应力幅值下不同厚度的5083铝合金薄板断口具有相同的解理特征。     

前混合水射流喷丸强化表面力学特性及疲劳寿命试验

为获得前混合水射流喷丸强化增益效果,研究前混合水射流喷丸对2A 11铝合金和45钢的表面显微硬度、表面残余压应力和疲劳寿命的影响.采用显微硬度计和X射线应力分析仪分别测定喷丸表面显微硬度和表面残余应力,利用扫描电镜观察疲劳断口形貌,获得喷丸表面显微硬度和表面残余压应力随喷丸压力、扫描速度及靶距的变化规律,指出射流喷丸可以大幅度地提高2A11铝合金和45钢的疲劳寿命,当2A11铝合金和45钢的应力振幅分别为155.7 MPa和282MPa时,喷丸试样疲劳寿命比未喷丸试样疲劳寿命分别提高25.31倍和18.56倍,且未喷丸试样疲劳裂纹萌生于试样表面,喷丸试样疲劳裂纹有的萌生于试样表面,有的萌生于试样内部,当疲劳源在试样内部时,裂纹在夹杂物处萌生.因此,前混合水射流喷丸是一种提高金属零构件疲劳寿命的有效方法.     

2E12铝合金的疲劳性能与裂纹扩展行为

研究了2E12合金在不同应力水平下的疲劳性能及疲劳裂纹扩展速率,采用透射电镜和扫描电镜观察了该合金的微观组织和断口形貌特征.结果表明:高纯2E12合金具有良好的耐损伤疲劳性能,当应力比R=0.1时,疲劳强度σ=172 MPa,R=0.5时的疲劳强度σ=280 MPa,比R=0.1时提高了60%,缺口的存在降低了疲劳强度.R=0.1,△K=30 Mpa·m1/2时,da/dN约为2.7×10-3 mm/周,比国产2024合金裂纹扩展速率(6.5×10-3 mm/周)低60%左右.2E12合金疲劳断口由裂纹源区、裂纹扩展区及瞬断区三部分组成,裂纹萌生一般位于试样表面应力集中处或不同类型的缺陷部位.     

铝合金型材融合口材料疲劳极限测定

为了测试口形铝合金型材融合口处材料的疲劳极限,针对型材尺寸、形状和融合口位置的特殊性--不能设计成符合现有规范的标准疲劳试样形状,设计了L形缺口试样及其疲劳试验夹具。通过有限元模拟试验载荷、仿真试样应力分布,应用数值回归的方法求解出最大应力值,确立了试验载荷与L形缺口试样疲劳应力之间的函数关系。利用设计的试样和夹具进行升降法试验,测得了一种口形铝合金型材融合口处材料的疲劳极限,并对试样进行了断口分析。     

5mm厚6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头的组织及性能

采用自主设计的双轴肩搅拌工具对5mm厚6005A-T6铝合金进行搅拌摩擦对接焊,研究了接头的组织和性能。结果表明:焊缝成形较好,焊接接头由焊核区、热机影响区、热影响区及母材组成,前进侧热影响区和热机影响区分界明显;接头横截面硬度呈"W"形分布,前进侧热机影响区和热影响区界面处硬度最小,约为60HV;接头的抗拉强度为205 MPa,拉伸断裂方式为韧性断裂,断裂位置位于前进侧热机影响区和热影响区界面处;接头的条件疲劳极限为96.6 MPa,裂纹源为靠近上表面的氧化物夹杂,疲劳断口瞬断区呈韧窝形貌。     

夹杂物尺寸与S135钻杆钢疲劳强度的相关性

对S135钻杆钢进行了旋转弯曲疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了夹杂物对疲劳性能的影响;利用光学显微镜测得不同视场下钢中最大夹杂物的直径,利用Murakami模型预测得到试样的疲劳强度,并与试验结果进行了对比。结果表明:疲劳裂纹源位于试样表面或次表面的复杂氧化铝夹杂物处,由升降法测得的疲劳强度为541.87 MPa;利用Murakami模型计算得到的疲劳强度与试验值的相对误差最大为5.62%,Murakami模型计算的准确性较高。     

热等静压对铸造高温合金疲劳性能的影响

本文研究了热等静压对K 17和K 17 G 两种合金在650℃和700℃不同应力下的低周疲劳性能,700℃下不同应力的高温高速疲劳性能及室温下高周疲劳性能的影响。试验表明:经HIP 后低周疲劳寿命及高温高速旋转疲劳寿命均明显提高,结果还表明,铸造试样的疲劳裂纹成核于表面疏松处,而热等静压处理疲劳裂纹起源于试样内部;HIP 处理可使试样微裂纹扩散速率减慢。     

TC4板孔冷挤压强化残余应力分布与疲劳寿命

开展了不同挤压量下TC4钛合金板孔冷挤压强化有限元仿真研究,得到了挤压强化后最小截面的切向残余应力分布规律,分析了挤压量对受载试样孔边应力分布的影响,探讨了挤压量、残余应力和疲劳增益三者之间的内在关系。采用开缝衬套冷挤压强化工艺对TC4带孔板件进行冷挤压和疲劳验证试验。研究结果表明,挤压强化后的孔边切向压缩残余应力可以有效降低孔周应力集中程度,优化受拉试样最小截面应力分布,改变裂纹源的位置并延长疲劳裂纹的萌生和扩展寿命,有效提高试样疲劳寿命。综合仿真和疲劳试验得到TC4板孔最优挤压量为4%。     

304不锈钢的超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验技术对304不锈钢超高周疲劳性能进行了研究,并用扫描电镜对疲劳断口进行了分析.结果表明:304不锈钢在105～1010周次范围内的S-N曲线呈阶梯型下降趋势;在106～108周次出现平台,平台对应应力幅约为200 MPa;在平台应力以下,108周次以上超高周范围304不锈钢仍然发生疲劳断裂,不存在传统意义的疲劳强度;高周和超高周断裂试样的裂纹主要从试样表面萌生.     

高干涉量压合衬套强化铝合金孔结构的疲劳性能

分别采用高干涉量压合衬套单侧挤压强化和两侧挤压强化两种工艺对7050铝合金孔结构进行强化,研究孔结构的残余应力和疲劳性能,并采用梯形累积法由疲劳断口定量反推出疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命。结果表明:孔结构中形成深度达12mm的残余压应力场,单侧挤压强化试样挤入端的残余应力显著低于挤出端的,两侧挤压强化试样挤入端和挤出端的残余应力相当;单侧挤压强化试样和两侧挤压强化试样的平均疲劳寿命比未挤压强化试样的分别提高了770%和1 500%,高干涉量压合衬套强化技术具有显著的疲劳强化效果,且双侧挤压强化的效果更好;高干涉量压合衬套强化技术可同时提高孔结构的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,且萌生寿命提高的幅度更大。     

温度对汽轮机转子用2CrMo合金钢高周疲劳性能的影响

在室温和高温(450,500,566℃)下对某进口汽轮机转子用2CrMo合金钢进行了拉伸试验和轴向力控制的高周疲劳试验,基于试验数据得到该钢的高周疲劳应力-寿命曲线,并通过广义中值曲面模型得到了中值寿命曲面,研究了温度对高周疲劳性能的影响。结果表明：试验钢的屈服强度、抗拉强度和弹性模量随温度的升高而下降;相同应力水平下,高周疲劳寿命随温度的升高而下降,高应力比(0.5,0.8)下,高周疲劳寿命受应力水平影响较大。低应力比(-1,-0.3)下高周疲劳断口为典型的轴向承载高周疲劳断口,在高温时疲劳源呈多源特点,室温时为单一裂纹源;高应力比(0.5,0.8)下高周疲劳断口呈现拉伸断口特征,室温下断口存在明显的放射区、纤维区和剪切唇区,高温下只有纤维区和剪切唇区。     

航空发动机火焰筒整流罩断裂原因

某航空发动机火焰筒整流罩在工作过程中发生断裂,通过宏/微观形貌观察、表面质量检查、金相检验、疲劳试验和动应力测试等方法分析了断裂原因。结果表明：整流罩断裂性质为高周疲劳断裂,疲劳裂纹源位于整流罩转角应力集中处;整流罩原始锻件晶粒尺寸粗大,使得疲劳强度较低,这是整流罩发生疲劳断裂的一个主要原因;在最大振动应力作用下,整流罩转角应力集中处载荷过大,明显高于其动强度储备,这是整流罩发生疲劳断裂的另一主要原因;整流罩转角应力集中处的异常轴向划痕进一步提高了此处的应力集中系数,促进了疲劳裂纹的萌生。     

高速工具钢的超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为

为了研究高速工具钢超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为,使用沙漏形状试样在室温空气环境下进行旋转弯曲的疲劳试验。结果表明,材料的S-N曲线均由表面裂纹萌生型和内部裂纹萌生型组成。表面裂纹萌生型的S-N曲线位于高应力幅短寿命区,内部裂纹萌生型的S-N曲线位于低应力幅长寿命区。前者的S-N曲线向后者的转移几乎是连续的,回火温度对疲劳强度和寿命没有明显的影响。分别使用扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和电子探针X射线微区分析仪对内部裂纹萌生位置和材料组织进行对比观察,在萌生内部裂纹的夹杂物周围存在一个颗粒区域,该区域内凸起的颗粒是组织中的球形碳化物。颗粒区是在内部裂纹扩展的应力强度因子门槛值范围以下形成的,对超长寿命疲劳起着重要的作用。     

核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的研究

提出核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的计算与评定方法。介绍核电汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的应力幅与应力范围、低周疲劳裂纹扩展寿命与高周疲劳扩展寿命的计算方法。给出了核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展日历寿命的计算与评定方法,以及1 000 MW级核电汽轮机焊接低压转子疲劳裂纹扩展日历寿命的计算与改进的应用实例。结果表明,高周疲劳对汽轮机转子疲劳裂纹扩展日历寿命有比较大的影响,新研制核电汽轮机的转子结构设计和在役核电汽轮机的转子安全性评定,需要评估转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展 寿命。     

加工残余应力对Ti-6Al-4V试样高周疲劳性能的影响

为探究加工残余应力对高周疲劳性能的影响,以Ti-6Al-4V材料为研究对象,测试获得了相同表面粗糙度、不同表面残余应力试样的高周疲劳性能。结果表明,该材料的疲劳试样在加工时会产生较高的残余压应力,不同加工工艺下的试样表面残余应力变化较大;在残余应力-寿命双对数坐标下,试样表面残余压应力和疲劳寿命近似成线性关系。随着应力幅的降低,残余压应力对疲劳寿命的提升越来越明显,加工表面残余压应力最高可使疲劳寿命增大约350倍;表面残余压应力从-100 MPa增大到-230 MPa和-430 MPa时,疲劳极限强度分别增大约13.6%和18.2%。为此,在进行Ti-6Al-4V合金高周疲劳性能测试时,必须控制试样表面残余应力水平,以确保数据的可靠性、降低数据的分散性,推荐对加工后试样进行严格的消除残余应力处理。     

利用石墨化膨胀消除皮下气孔的研究

球墨铸铁件易产生皮下气孔，一般位于铸件表面下0.3～2mm处，呈细小的圆形或椭圆形孔洞形式，直径多在1～3mm。众所周知，材料表面往往所受应力最大，孔洞类缺陷因存在应力集中而成为裂纹源，导致工件的疲劳寿命大幅降低，因而存在皮下气孔的铸件大都作报废处理。     

旋片喷丸强化对2024铝合金预拉伸板疲劳性能的影响

采用成组对比法分析了中心开长圆孔的2024铝合金预拉伸板在旋片喷丸强化前后的疲劳性能,通过三维数码显微镜和X射线应力测试仪对其断口形貌和喷丸强化前后孔壁表面的残余应力进行了分析。结果表明:经旋片喷丸强化后,2024铝合金预拉伸板在180 MPa与168 MPa应力下的疲劳中值寿命分别提高了1.727~2.728倍与1.606~2.110倍;经旋片喷丸强化后,2024铝合金表面形成了大约300 MPa的残余压应力,疲劳裂纹源的萌生区域减小且位于铝合金的内部,提高了铝合金的疲劳性能。     

夹杂物尺寸及位置对51CrV4弹簧钢疲劳寿命的影响

用能谱仪、扫描电镜分析了51CrV4弹簧钢的疲劳断口,研究了夹杂物尺寸及位置对该钢疲劳寿命的影响规律。结果表明:51CrV4试验钢的疲劳强度为702.5MPa,在保证试样表面没有划痕和麻点的情况下,疲劳裂纹主要起裂于椭球状且塑性较低的复杂氧化铝夹杂;在夹杂物尺寸越大和距离表面越近的情况下,其疲劳寿命越低;在710MPa应力水平下近表面夹杂物的临界尺寸为5.47μm。