HRB500高强钢筋拉压疲劳性能研究及断口分析

通过轴向拉压疲劳试验得到HRB500钢筋在应力比R=0.1时107周次的疲劳强度σ0.1=587.5 MPa,远高于一般碳素结构钢的疲劳强度;再利用三参数幂函数法非线性回归得到S-N曲线方程为lg(Nf)=7.092-1.144 7lg(σmax-586.3);并研究发现直径大小对钢筋的疲劳强度基本没影响,疲劳强度主要与材料的成分、组织及夹杂物有关。还利用扫描电镜与能谱仪分析试样的疲劳断口,得到HRB500钢筋的疲劳破坏均属于表面基体起裂,与钢中脆性夹杂物有关;疲劳裂纹呈放射状在基体中扩展,呈现比较明显的片层状结构,以准解理裂纹扩展为主;瞬断区呈韧性断裂,出现大量韧窝状组织,主要由于夹杂物引起微孔聚集断裂。     

回火温度对40Cr钢疲劳裂纹扩展的影响

本文采用三点弯曲压-压疲劳实验方法测量了40Cr钢不同温度回火后疲劳裂纹长度与循环周次的关系曲线。结果表明,低温回火后,40Cr钢在缺口处的起裂抗力高,一旦萌生了一定长度的疲劳裂纹,疲劳裂纹扩展速率明显高于高温回火和中温回火试样;随着回火温度的升高,40Cr钢在缺口处的起裂抗力减小,但疲劳裂纹扩展速率也减小。疲劳断口微观分析表面,在疲劳裂纹扩展初期,低温回火试样的疲劳断口表现出脆性疲劳纹特征,中温回火和高温回火试样主要是二次裂纹组成的疲劳纹,而且随着回火温度的升高,二次裂纹间距减小。在疲劳裂纹扩展中区和瞬断区,低温回火的疲劳断口主要为解理断裂和沿晶断裂特征,中温和高温回火的疲劳断口是以韧窝为主的韧性断裂特征。疲劳裂纹扩展机理的不同导致了疲劳裂纹扩展规律的变化。     

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.     

温度对2CrMo转子钢低周疲劳性能的影响

在室温和高温(450,500,566℃)下对2CrMo转子钢进行了应变控制的低周疲劳试验,得到了该钢应变-寿命关系式及循环稳定应力-应变曲线,研究了温度对低周疲劳性能的影响,并观察了疲劳断口形貌。结果表明:在试验温度下,试验钢均出现了循环软化现象;随着温度的升高,试验钢的疲劳循环强度系数及循环应变硬化指数下降,同一应变下的低周疲劳寿命缩短;其疲劳断口中疲劳辉纹的间距随温度的升高而增大,塑性变形增大。     

炮钢低周疲劳特性预测

以五种典型炮钢的单轴拉伸和疲劳试验结果为基础,研究其强度极限、临界寿命、疲劳强度系数、临界疲劳强度与布氏硬度之间的关系,推导出炮钢低周疲劳特性的硬度预测模型。结果表明,炮钢的极限强度、疲劳强度系数、临界寿命、临界疲劳强度随着硬度增加而增加,简单一次函数可以有效拟合相应的试验数据;提出的硬度预测模型可以方便、快速、精确地预测出炮钢的低周疲劳特性,为火炮的疲劳寿命设计提供重要的应变-寿命曲线。     

三种汽轮机转子钢的高周疲劳性能

针对符合转子制造技术规范的25Cr2MoVA钢、25Cr2Mo1VA钢和40Cr钢进行了高周疲劳试验,基于无疲劳极限半对数曲线模型拟合得到了三种钢的P-S-N曲线,并分析了疲劳断口形貌。结果表明:疲劳循环108周次时,25Cr2MoVA钢、25Cr2Mo1VA钢和40Cr钢疲劳极限分别为465,455,460MPa;随着应力降低,三种钢的疲劳寿命均持续增加,P-S-N曲线下降的趋势变缓,但未出现显著的水平平台;三种钢的疲劳裂纹均萌生于材料表面,裂纹扩展呈放射状,25Cr2MoVA钢和25Cr2Mo1VA钢瞬断区具有韧窝特征,它们的韧性优于40Cr钢的;在遭受次同步振荡时,25Cr2MoVA钢转子的安全可靠性最高。     

不同温度淬火对45钢疲劳裂纹扩展行为的影响

对不同温度(760,800,840℃)淬火+350℃回火处理的45钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验,得到了疲劳裂纹扩展速率曲线,研究了淬火温度对其疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:与840℃淬火(常规淬火)后的相比,760,800℃亚温淬火后试验钢组织中存在未溶铁素体,且800℃亚温淬火后的马氏体组织细小,韧性较好;试验钢的疲劳裂纹扩展速率曲线在裂纹稳定扩展阶段符合Paris公式,随着淬火温度的升高,裂纹扩展速率减小;疲劳断口分为裂纹低速扩展区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个区域,800℃亚温淬火后的低速扩展区相对平坦,稳定扩展区则比较粗糙,存在准解理形貌,瞬断区有明显的撕裂棱、剪切唇和韧窝形貌,高度差达到283.9μm左右,韧性断裂所占比例较大。     

环境温度对16MnR钢应力疲劳的影响

进行16MnR钢不同温度应力控制下的脉动循环试验和SEM分析。发现300℃左右是16MnR钢动态应变时效较为显著的温度，材料具有循环硬化、疲劳强度较高，循环蠕变速率较小的特点，断口具有延性脆性综合特征，循环蠕变孔洞较少，循环蠕变对材料疲劳不起主要的作用；当温度低于或高于蓝脆温度时，材料具有循环软化、疲劳强度较低、循环蠕变速率较大的特点，循环蠕变对疲劳损伤起着加速的作用，断口具有延性断裂特征，循环蠕变孔洞较多；但当温度接近材料再结晶温度时，由于发生了再结晶，使断口韧窝和蠕变孔洞变浅、变小。     

裂纹源位置对6005A铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响

通过高周疲劳试验研究了裂纹源位置对6005A-T6铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响。结果表明:6005A-T6铝合金挤压型材在应力比0.1下的中值疲劳强度为164.5 MPa,疲劳强度较高,但疲劳寿命分布较分散;在最大应力200 MPa条件下,具有不同疲劳寿命试样的疲劳裂纹源区的面积较小,疲劳裂纹扩展区均由疲劳条带和二次裂纹组成,瞬断区的面积较大,均由孔洞和韧窝组成;在相同最大应力下疲劳寿命存在差异的原因在于疲劳裂纹源位置的不同,在最大应力为200 MPa条件下,疲劳裂纹源位于孔洞缺陷处试样的疲劳寿命最长,比疲劳裂纹源位于氧化夹杂物处试样的疲劳寿命延长一个数量级,疲劳裂纹源位于Al7(Cr Fe)第二相颗粒处试样的疲劳寿命居于二者之间。     

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。