热连轧GH4169合金组织结构与蠕变变形及断裂机制

为了研究直接时效对热连轧GH4169合金组织结构及蠕变行为的影响,通过对热连轧合金直接时效、蠕变性能测试和组织形貌观察,分析了热连轧直接时效合金的组织结构与蠕变变形及断裂机制.结果表明：经直接时效热连轧合金组织由细小晶粒构成,且具有明显的孪晶特征,细小γ″相在合金中弥散析出;在蠕变期间,合金的变形特征是形成三取向孪晶变形和位错在基体中发生单双取向滑移、起形变强化作用、使合金具有较高蠕变抗力和较长蠕变寿命的原因;随着蠕变的进行,位错逐渐在晶界处堆积并产生应力集中,促使裂纹在晶界处萌生;在蠕变后期,合金的蠕变断裂机制表现为裂纹沿晶界扩展并发生断裂.     

AZ31镁合金高温蠕变特征及组织演化

通过测定蠕变曲线，对蠕变不同阶段组织形貌的SEM、TEM观察，及结合蠕变期间高温显微镜的原位动态观察，研究了AZ31镁合金蠕变期间的组织演化和断裂特征．结果表明：该合金在蠕变期间具有较高的应变速率，应变产生的高密度位错，在热激活作用下可发生合金的动态再结晶；晶内多取向滑移是稳态蠕变后期的形变机制；在蠕变第三阶段，裂纹在晶界处产生，并沿晶界韧性撕裂扩展是该合金的蠕变断裂机制；而远、近断口处均发生晶内滑移和沿晶界韧性撕裂扩展是致使合金具有较高总应变量的直接原因．     

基于Tanaka-Mura模型的正交异性钢桥面板微裂纹萌生扩展寿命的研究

采用三维Voronoi图在正交各向异性钢桥面板盖板-U肋焊接节点细晶粒热影响区建立晶体代表体积单元模型(RVE),考虑晶粒随机取向,生成晶体多滑移带模型。根据Tanaka-Mura位错滑移模型,用Python编写了疲劳裂纹萌生扩展脚本,计算微裂纹萌生扩展寿命。以安庆长江公路大桥为研究对象,计算其正交各向异性钢桥面板盖板-U肋焊接节点疲劳微裂纹萌生扩展寿命。结果表明该方法可有效分析正交异性钢桥面板微裂纹萌生扩展寿命。     

不同保载时间下FGH96粉末高温合金疲劳-蠕变试验研究

对航空发动机涡轮盘的典型材料FGH96粉末高温合金不同保载时间下的疲劳-蠕变变形特性及微观损伤机理进行了试验研究。开展了550℃下不同保载时间的低周疲劳-蠕变试验,讨论了保载时间对FGH96合金应力-应变曲线、循环应变响应、疲劳-蠕变寿命及损伤机理的影响。结果表明:保载时间对FGH96合金疲劳-蠕变变形特性有显著影响,随着保载时间的增加,非弹性应变迟滞能增大,稳态滞回曲线发生右移,包络应变及包络应变率增加,疲劳-蠕变寿命先呈指数减小后趋于平稳,蠕变损伤逐渐起主导作用。断口分析表明:保载时间的引入使得断面呈现出多裂纹源特征,断裂模式由穿晶断裂向穿晶-沿晶混合断裂转变,裂纹扩展区存在滑移带及少量韧窝,瞬断区韧窝特征明显。     

2.25Cr-1Mo材料蠕变／疲劳交互作用下寿命评价

采用2.25Cr—1Mo无预裂纹和带预裂纹环状缺口圆柱形试样,进行了多维应力状态下无保持周期应变控制的高温低周疲劳试验,利用有限元程序对试样缺口周围及裂纹尖端附近的应力、应变场进行了分析,分别得到用当量弹性应变范围Δε_e、当量塑性应变范围Δε_p、当量蠕变应变范围Δε_c和当量应变范围Δε表示的材料在400℃、0.2％s~(-1)应变速率下的高温低周疲劳总寿命和裂纹扩展寿命方程。利用Matlab对试验结果进行非线性多元回归,得到用疲劳成分、蠕变成分和蠕变/疲劳交互作用成分三者的非线性组合来表征的材料无保持周期应变控制的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命评价方程,即认为整个试样的失效过程中存在着蠕变/疲劳交互作用,正是这种蠕变/疲劳交互作用的存在导致了试样或构件的疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的降低,定量的表征了蠕变/疲劳交互作用对材料疲劳总寿命和裂纹扩展寿命的影响。     

第二相对GH33A合金疲劳和蠕变交互作用机制的影响

本文研究了第二相对GH33A合金在700℃下,疲劳和蠕变交互作用行为的影响。结果表明,晶界第二相的大小及粒子间距对晶界损伤方式有着很大影响。细小紧密链状分布的晶界第二相,将导致晶界损伤为W型蠕变裂纹。从而使疲劳主裂纹与其前沿的W型裂纹连接扩展成为疲劳蠕变交互作用的主要方式。反之,粗大稀疏的晶界第二相,将使R型蠕变空洞成为其主要晶界损伤方式,也就决定了其疲劳和蠕变交互作用机制主要是主裂纹与其前沿空洞连接扩展。并给出了疲劳裂纹与其前沿R型空洞连接扩展的临界条件:K_L~I≥4αEσ_s(λ-p)。     

TC17高温高周旋转弯曲疲劳实验研究

本文利用高温旋转弯曲疲劳试验系统,完成了用于航空发动机的高强钛合金TC17在常温、200℃和350℃条件下的疲劳性能的实验,主要研究了温度对TC17疲劳强度和裂纹扩展率的影响. 通过测量试件在试验过程中的挠度变化,对比分析了不同温度下的疲劳裂纹扩展速率.并通过断口分析研究了裂纹萌生与扩展行为.本研究结果发现,在TC17高周疲劳破坏过程中,裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命90%以上,高温不仅促进了裂纹的萌生而且促进了裂纹的扩展.     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关.应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高.     

奥氏体不锈钢高温锅炉管失效分析

采用金相显微镜、扫描电镜以及拉伸、冲击、显微硬度测试等检测手段,对高温临氢环境下开裂的奥氏体不锈钢锅炉管进行失效原因分析。分析结果表明,奥氏体不锈钢高温锅炉管断裂为典型的疲劳一蠕变断裂模式,裂纹形态为穿晶沿晶混合萌生、沿晶扩展。高温不锈钢炉管在运行过程中承受较大的热应力,在锅炉频繁起停过程中应力不断循环变化,导致构件承受疲劳与蠕变交互作用并最终使奥氏体不锈钢锅炉管开裂。     

磷对GH984G高温低周疲劳性能的影响

在部分镍基高温合金中加入适量磷可以有效提升材料的高温持久蠕变性能,本文对四种磷含量的镍基高温合金GH984G进行了高温低周疲劳试验。结果表明:随着磷含量增加,GH984G高温低周疲劳寿命呈现先升高再降低的趋势。适量磷使合金晶内硬度增大,晶界处大块MC碳化物变少,变形孪晶数量增加,疲劳源数量减少,材料循环软化程度下降,裂纹扩展受阻,进而提升疲劳寿命。过量磷的加入使GH984G合金的晶粒尺寸变大,二次裂纹数量增多,不利于疲劳寿命。     

PBL剪力连接件的疲劳试验与分析

为了研究PBL (Perfobond Leiste)这种新型剪力连接件的抗疲劳性能,基于深圳南山大桥剪力连接件的尺寸和要求,设计并制作了6个PBL剪力连接件的推出试件进行疲劳试验.试验在MTS815机器上进行,采用常幅正弦波荷载,加载频率为3 Hz,试验应力比为0.1.通过对试件进行常幅荷载的循环加载,观察试件中钢与混凝土块的相对滑移、连接件的破坏模式、疲劳寿命以及应变的特征等.试验结果表明：主要开裂方向为连接件底部斜向下呈45°,裂缝的宽度同裂缝与竖向的夹角成反比;疲劳荷载作用时,PBL连接件的抗疲劳性能良好,孔径越大试件的疲劳寿命越长;试验从一定程度上说明腹板越厚和疲劳荷载幅值越小,滑移量的增长速度越慢,同时孔径越大和疲劳幅值越小,滑移量的增长速度也越慢.     

AA2524-T34铝合金的微观结构与疲劳裂纹萌生机制

通过对新型铝合金AA2524-T34的四点弯曲疲劳实验,结合光学显微镜和电子扫描电镜（SEM）,对疲劳试样表面和疲劳断口进行了微观观测,研究了材料的微观结构及在不同相对湿度下材料的疲劳裂纹萌生机制。实验应力比0．1,加载频率15Hz,实验相对湿度15％和95％。结果显示实验材料呈现了完全再结晶的层状晶粒结构,晶粒沿着轧制方向被拉长,并较为平坦。不同相对湿度下,多数疲劳裂纹萌生于材料中含Fe的粗大的β相粒子,同时伴有少量的滑移带裂纹形核、材料缺陷裂纹形核等;高相对湿度下,可见裂纹沿晶界启裂。     

循环蠕变加载下疲劳裂纹扩展速率的探讨

根据循环蠕变加载下应力-应变迟滞徊线的周期性,提出了在一个循环周期内以应变能密度为损伤参量,并把材料的机械疲劳损伤和蠕变损伤统一处理的方法,以解决这两种损伤之间的交互作用问题;指出了在循环蠕变的加速现象中包含了这两种损伤之间的交互作用的效果;借助于等效杨氏模量概念,对静蠕变公式进行修正后用于循环蠕变的应变计算,进而对能量密度进行计算。然后参照单轴疲劳的研究过程,导出了循环蠕变加载下基于能量密度的疲劳裂纹扩展速率公式。     

Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究

双相钢Q345多用于建筑或机械结构的承力构件,循环载荷的长期作用使得构件在低于其静强度的载荷条件下发生疲劳断裂,经济可靠的强度设计需要对材料的疲劳失效进行研究。作者利用电磁谐振高频疲劳试验机,在载荷频率140 Hz、应力比为-1条件下,得到不同失效概率时材料高周疲劳（10⁴周次< 疲劳寿命< 10⁷周次）应力-寿命（S-N）曲线。利用扫描电子显微镜观察材料受到循环载荷作用后的显微结构的变化和疲劳失效后试样的断面微观形貌,研究材料疲劳裂纹的萌生和扩展。同时,利用红外热像仪记录Q345试样表面的温度场随循环载荷作用周次的变化,研究材料在高频循环载荷作用下的固有耗散能。双相钢Q345在高频循环载荷作用下的疲劳失效主要是由于铁素体-珠光体双相结构在循环载荷作用下的微观强度差异使得微观裂纹首先萌生于相对薄弱的铁素体晶粒,且随循环载荷周次的增加而裂纹逐渐扩展。珠光体晶粒对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用,使得疲劳裂纹沿铁素体或铁素体与珠光体之间的晶界向前扩展。当载荷幅值低于其高周疲劳极限时,试样表面温升不明显;有限寿命的载荷条件下,试样表面温度场的变化受到材料微观变形的影响,基于试样表面温度场的变化,能快速确定材料的高周疲劳强度极限。高频循环载荷作用下,单位体积材料的固有耗散能与载荷之间呈非线性关系,在热力学框架内建立了材料的固有耗散能表征模型。     

晶粒度对铝合金疲劳性能的影响

在含有表面粗晶层组织的7A04高强度铝合金锻件上取样,设计一种非均匀材料四点弯曲疲劳试验,研究粗晶组织对7A04铝合金疲劳强度的影响。结果表明,表面粗晶组织会降低7A04铝合金试样表面驻留滑移带的形成抗力,导致疲劳裂纹更容易在粗晶层组织表面萌生,削弱了材料的疲劳性能。       

6005铝合金搭接接头组织及疲劳性能研究

采用熔化极惰性气体保护(MIG)焊对6005铝合金进行搭接焊接试验.对焊接接头进行微观组织观察和显微硬度测试,结果显示,熔合区出现联生结晶特点,焊缝中心以等轴晶为主,热影响区(HAZ)晶粒发生严重粗化,焊缝区的维氏硬度(HV)为64.5,母材区为89.6,接头出现明显软化区.在疲劳性能测试中焊接接头疲劳强度只有母材的2...     

两种汽轮机转子钢蠕变-疲劳裂纹扩展特性对比

研究了1Cr10Mo1W1Ni VNb N钢和30Cr1Mo1V钢的裂纹萌生时间与初始应力强度因子及保载时间之间的关系,比较了两种钢的蠕变、疲劳特性,讨论了线性损伤累积模型的实用性,并分析了蠕变-疲劳裂纹扩展行为与时间和循环的相关性.试验结果表明:拟合关联式满足精度要求,能够进行裂纹萌生时间寿命预测;线性损伤累积模型仅适用于保载时间比较短的蠕变-疲劳裂纹扩展试验,其裂纹扩展受控于循环条件.长保载时间的蠕变-疲劳交互作用比较明显,裂纹扩展受控于时间条件.     

DZ125合金超高周疲劳微观裂纹萌生机制

DZ125合金具有优良的综合性能表现,已被广泛应用于燃气涡轮高温部件的铸造。关于DZ125合金的疲劳问题研究已有较多文献报道,但从微观断口分析的角度系统阐述该合金超高周疲劳裂纹萌生及失效机制的研究则相对较少。通过研究发现,随着疲劳强度的降低,疲劳数据离散性有增大的趋势;较小的疲劳应力（小于220 MPa）所对应的疲劳寿命并未有明显增加,上述特征与疲劳微观裂纹萌生机制的改变直接相关。在高应力作用下,疲劳裂纹倾向于从材料的表面或次表面萌生,巨型二次裂纹成为其断口形貌的主要特征;在低应力状态下,材料内部的孔洞缺陷是疲劳裂纹萌生的主要区域,并严重影响材料的疲劳寿命。驻留滑移带（PSB）可导致表面粗糙区的形成,成为裂纹尖端的主要特征。主裂纹与其他二次裂纹存在竞争关系,并最终引起疲劳断裂的发生。基于Murakami公式,DZ125合金在裂纹萌生阶段的平均应力强度因子为3.15 MPa·m^1/2,裂纹快速扩展阶段的平均应力强度因子和材料的断裂韧性（K_IC）分别为7.72和15.70 MPa·m^1/2。     

Interaction of fatigue and creep of GH33 under multi-axial stress at high temperature

Low-cycle fatigue experiments of tension-compression, torsion and tension-torsion with holding time were performed. The interaction law of creep and fatigue under multiaxial stress at high temperature was investigated, and the micro-mechanism of equilibrium diagrams was analyzed. A united equation of fatigue life under multiaxial stress was proposed.     

疲劳载荷下高温波齿复合垫的蠕变波动行为

研究了疲劳载荷下柔性石墨金属波齿复合垫的力学性能和蠕变性能. 对垫片进行了373 K和573 K两种温度下的循环加载实验,基于得到的应力-变形量实测数据,通过计算压缩模量和卸载模量分析了其压缩回弹特性;考虑温度和金属骨架厚度的变化,探索了蠕变-疲劳的交互作用对垫片的影响. 研究表明:疲劳载荷下随着时间增长垫片压缩速率增加,回弹速率减小;在稳态蠕变阶段,蠕变-疲劳载荷的交互作用使垫片的蠕变曲线出现周期性波动,波动周期不随实验条件改变而改变.