铣削对SLM增材TC4钛合金表面完整性和疲劳性能的影响

针对激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金表面质量差和疲劳性能低等问题,采用三点弯曲疲劳试验测试了铣削前后增材件的疲劳性能,研究了铣削工艺对增材件表面完整性和疲劳性能的影响规律。结果表明,增材件经过铣削加工后,表面粗糙度Ra由12.57μm降至0.32μm;表面硬度由353.0HV提高至434.3HV;疲劳寿命由48 272周次提高至155 463周次,疲劳源萌生位置由表面及次表面转移至内部,疲劳断裂模式由准解理断裂过渡到韧性断裂。增材件经铣削加工后,表面完整性得到极大的改善,可抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,疲劳性能得到显著提升。     

两种新型铝锂合金铆接结构细节疲劳额定强度研究

针对飞机蒙皮铆接搭接结构,通过疲劳试验研究得到了两种新型铝锂合金Al-Li-S-4和2198-T8试件的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。研究结果表明:Al-Li-S-4铆接结构的DFR值为102.24 MPa,2198-T8的DFR值为83.09 MPa,前者的铆接疲劳性能优于后者;两者疲劳断口有较大差异,前者断口比较平坦而后者相对粗糙,前者疲劳条纹更加细密,疲劳条带间距更小。     

喷丸表面强化处理Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的弯曲疲劳性能及断口分析

由于孔隙的存在,粉末冶金材料的性能较差,尤其是疲劳性能,而喷丸后续处理工艺可显著降低材料表面的孔隙率,对疲劳性能起到明显的强化效果。因此,采用超声弯曲疲劳试验方法研究喷丸后续处理工艺对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末冶金烧结材料的疲劳性能的影响。结果显示,喷丸处理可以明显提高Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C烧结钢的疲劳性能,在106、107、108循环周次条件下,喷丸前试样的条件疲劳极限分别为424 MPa、311 MPa和229 MPa,喷丸后的分别为513 MPa、421 MPa和346 MPa,依次提高了21.0%、35.2%和51.0%。断口分析发现,喷丸处理对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的疲劳断口的影响主要在裂纹萌生阶段,未经过喷丸处理的试样裂纹源集中在应力最大的试样喷丸表面棱角处,喷丸强化后的试样疲劳裂纹在喷丸表面的亚表面萌生,裂纹源有向试样亚表面移动的趋势。     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

某发动机涡轮盘低循环疲劳试验故障分析

某型燃气涡轮转子试验件在进行低循环疲劳试验时,试验件出现损坏。本文采用断口分析、金相组织检测等手段对其失效性质及裂纹萌生原因进行分析。结果表明:后挡板破裂性质为疲劳,裂纹源位于沟槽底部,机加痕迹是形成疲劳源的主要原因。为了提高挡板的疲劳寿命,需要严格控制沟槽底部的加工质量、提高该处的表面粗糙度。     

车削加工工艺对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

对不同工艺车削加工的EA4T车轴钢进行旋转弯曲疲劳试验,研究了车削加工工艺对该钢疲劳性能的影响.结果表明:在不同车削加工工艺下,试验钢轴向残余压应力的最大值与最小值相差50MPa,周向残余拉应力的最大值与最小值相差25MPa,车削加工工艺对残余应力的影响不大;不同车削加工工艺下试验钢表面粗糙度均小于0.8μm,且表面粗糙度的最大值与最小值相差0.15μm,车削加工工艺对表面粗糙度的影响不大;当表面粗糙度小于0.8μm时,车削加工工艺对疲劳寿命的影响不大;疲劳断口均分为裂纹源区、裂纹稳态扩展区和瞬断区,且均只有一个裂纹源,疲劳裂纹都是在表面较深车痕的根部萌生并向内扩展.     

腐蚀对TC17钛合金超高周疲劳性能的影响

针对航空发动机在腐蚀环境下存在的超高周疲劳问题,先对TC17钛合金进行加速腐蚀处理,然后应用超声疲劳试验系统在室温下研究了腐蚀对TC17钛合金超高周疲劳性能的影响,最后观察了疲劳断口形貌。结果表明:在疲劳循环大于107周次时,腐蚀与未腐蚀的试样都会发生疲劳断裂,并不存在明显的疲劳极限;腐蚀后钛合金的疲劳强度略有降低,且随着载荷循环周次的增加,其S-N曲线更接近未腐蚀钛合金的;腐蚀后钛合金的疲劳源位于表面,氧化膜破坏导致的点蚀是疲劳裂纹于表面萌生的主要原因。     

基于材料细观特性的TC4钛合金疲劳裂纹萌生寿命仿真

建立了TC4钛合金材料的疲劳裂纹萌生寿命的预测模型,并通过试验验证了此模型在预测TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生寿命时的可行性.基于裂纹萌生的细观位错模型,采用Tanaka-Mura的开裂寿命公式,考虑了表面粗糙度,提出了分析TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生的有限元模型,并通过实验验证仿真模型的有效性.结果 表明:模型裂纹萌生形式在不同载荷水平下存在差异,高应力水平状态下,模型除了主裂纹的萌生扩展还伴有大量独立微裂纹,裂纹密度大,而在低应力水平状态下,模型存在少量独立微裂纹,裂纹密度小.     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

表面粗糙度对TC17疲劳失效影响的试验研究

表面粗糙度是影响金属材料疲劳性能的重要因素,尤其针对钛合金TC17.目前基于表面粗糙度的钛合金TC17疲劳失效研究尚未得到广泛开展,相应的试验数据及结果也较少.以超声疲劳试验技术为基础,针对钛合金TC17进行不同粗糙度条件下的疲劳试验,使用先进的检测设备对试件断口进行观察与检测,分析表面粗糙度对钛合金TC17疲劳失效的影响.结果 发现:粗糙度对TC17疲劳失效特征及疲劳性能存在劣化作用,在高周与超高周疲劳范畴中,表面粗糙度都是引起TC17疲劳失效的主要因素.以Murakami模型为基础,结合钛合金TC17疲劳试验结果,验证了经典模型对钛合金TC17疲劳强度预测的适用性,并预测了不同粗糙度条件下TC17的疲劳强度.文中研究内容对钛合金TC17的应用具有积极意义.     

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。     

激光选区熔化成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究进展

激光选区熔化(SLM)成形是近年来发展最快的增材制造技术之一,在航空航天、汽车和医学等领域应用广泛.但铝合金粉末具有流动性差、激光反射率高以及热导率高等特点,导致SLM成形件表面粗糙,易形成缺陷,从而影响其疲劳性能.结合国内外对SLM成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究现状,综述了成形方向、成形参数、热处理和表面处理对成形件高周疲劳性能的影响及高周疲劳断裂机理,总结了改善疲劳性能的方法,展望了未来SLM成形Al-Si合金疲劳性能的研究重点.     

选择性激光熔化成形Ti_6Al_4V钛合金的滚动接触疲劳性能研究

选择性激光熔化技术(SLM)可直接成形出传统方式加工工序复杂周期长甚至无法加工出的复杂零件,是增材制造(3D打印)领域最具有应用前景的技术之一。目前针对该技术的研究主要集中在拉伸、压缩等静力学方面,而许多应用场合下,动力学性能也有要求。以钛合金(Ti-6Al-4V)粉末为试验材料,对不同后处理下的SLM件进行了滚动接触疲劳性能研究。结果表明,粗糙度和硬度是影响SLM件滚动接触疲劳性能的主要因素,抛光处理和热处理能提高滚动接触疲劳寿命;粗糙度较大时SLM钛合金测试件主要是磨损失效,粗糙度较小时主要是材料脱落失效。     

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.     

钻、铰工艺对铝合金紧固孔件疲劳寿命的影响

为研究钻、铰工艺对紧固孔件疲劳寿命的影响,分别对LY12CZ硬铝合金疲劳试样采用钻、铰两种工艺加工出孔并进行了疲劳试验,对钻、铰工艺下孔壁的表面形貌和粗糙度、切向残余应力以及试样的疲劳断口特征进行了测定和分析。结果表明:钻削后孔壁的表面较粗糙,其表面粗糙度为12.92μm,而铰削后孔壁表面非常光滑,其表面粗糙度为1.57μm;钻削孔壁表层的应力为残余拉应力,幅值为165MPa,而铰削孔壁表层的应力为残余压应力,幅值为78MPa;相比于钻孔试样,铰孔试样的疲劳条带间距较窄,裂纹扩展速率较低,其疲劳寿命是钻孔试样寿命的1.81倍。     

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.     

搅拌摩擦修复2A12铝合金的疲劳性能和裂纹扩展行为

对含预制裂纹的2A12铝合金板进行搅拌摩擦修复试验,并对修复后的试样进行热处理。对修复试样与修复后热处理试样分别进行疲劳寿命与裂纹扩展试验,研究其疲劳性能的变化。结果表明:热处理可使修复试样疲劳寿命延长34.79%,修复试样与修复后热处理试样分别达到母材寿命的36.98%和49.89%,裂纹扩展速率均比母材的快,但修复后热处理试样裂纹扩展速率较修复试样低。疲劳断口显示,母材裂纹源多萌生于表面或亚表面夹杂相,修复试样与修复后热处理试样裂纹源多萌生于修复区和母材的界面,且裂纹源通常不止一处。稳定扩展区修复试样的修复区没有河流花样的解理面,而热处理后试样出现与母材类似的致密紧凑疲劳条带。修复试样瞬断区中由大量细小的等轴韧窝组成,而修复后热处理试样韧窝大小不等,但分布均匀。     

开孔试件的表面粗糙度对疲劳寿命影响的定量分析

对不同表面粗糙度的开孔铝板进行了疲劳试验。根据试验结果,利用回归分析方法建立了开孔试件的表面粗糙度对疲劳寿命影响的经验公式;通过扫描电镜进行了断口分析,揭示了表面粗糙度对裂纹形成方式的影响。最后,运用细节疲劳额定值法对开孔试件的疲劳寿命进行了可靠性分析。     

TC4合金微动疲劳损伤研究

研究了TC4合金在柱面-平面接触务件下的微动疲劳行为，分析了其微动疲劳损伤机制。结果表明：在试验务件下，微动区边缘的损伤特征以粘着磨损为主，而微动区中部则以磨粒磨损和接触疲劳为主。疲劳裂纹易于在微动区．特别是在蚀坑处萌生和扩展。促使微动疲劳裂纹萌生的因素：一是法向应力和切向摩擦力引起的材料表层塑性变形，二是微动磨损破坏了材料的表面完整性，造成了缺口应力集中效应。     

汽车转向传动轴断裂原因分析

通过断口形貌与显微组织观察、化学成分测试等分析了汽车转向传动轴断裂失效的原因。结果表明:转向传动轴属扭转疲劳断裂,裂纹萌生于其外表面,表面粗糙的机加工痕迹形成裂纹源,是造成转向传动轴早期失效的主要原因。