喷丸对H13钢单边带缺口试样疲劳裂纹扩展行为的影响

喷丸工艺通过改变试件的表面形貌、微观组织及残余应力等表面完整性可以影响裂纹的萌生和扩展;对于存在缺陷的试件,喷丸的作用机制和影响结果有所不同。采用白光干涉仪、SEM、XRD及显微硬度计等对单边带缺口的H13钢薄板试样喷丸前后的表面完整性进行了测定。并借助原位SEM开展了系列裂纹扩展试验,分析了喷丸对试样疲劳寿命、裂纹扩展速率以及疲劳断口特征的影响。研究结果表明,虽然残余压应力诱发裂纹闭合,但由于喷丸后表面粗糙度的大幅提高增强了缺口效应,表面加工硬化使得韧性有所降低,以及残余应力在加载过程中发生松弛等因素,喷丸后单边带缺口试样的裂纹萌生过程缩短,疲劳寿命降低,且裂纹扩展速率的变化较小。喷丸前后疲劳断口形貌均为准解理特征,喷丸后断口近表面处的撕裂棱特征消失。     

缺口对GH3536镍基高温合金蠕变性能的影响

针对GH3536镍基高温合金无应力集中和带典型应力集中圆棒试样在160,200,240 MPa应力条件下的高温(750℃)蠕变性能进行了试验和有限元分析,研究了缺口的存在对材料蠕变性能的影响。采用扫描电镜分析了试样断口的形貌,确定了材料的断裂机制。结果表明:缺口的存在对GH3536镍基高温合金试件的蠕变性能影响较大,其降低了试件的最大蠕变应变及在蠕变各个阶段的蠕变速率。缺口对试件的蠕变寿命存在硬化作用,缺口根部轴向应力的再分配和松弛可简单认为是导致缺口对该合金蠕变寿命起硬化作用的影响因素。断口形貌分析表明由于缺口的存在,2种试件的表面形貌虽有不同,但蠕变断裂机理都是由微孔洞不断增大与聚集引起的。     

应力控制下06Cr19Ni10钢低周疲劳断裂特性的研究

通过06Cr19Ni10钢疲劳试验研究其应力控制下的低周疲劳断裂特性。由光滑试件疲劳试验得到其S-N曲线并拟合表达式,分析不同应力下应变、塑性应变能与疲劳寿命之间的关系。由缺口试件疲劳试验研究缺口深度及缺口角度对疲劳寿命的影响。对疲劳断口的宏观及微观形貌进行分析。结果表明:裂纹萌生于试件表面,应力及缺口参数影响断口形貌。     

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 本文通过拉伸试验研究了铸造TiAl合金单一取向层片组织在缺口应力集中系数分别为2、3和4时的缺口敏感性。发现,该合金在沿层片界面方向的应力作用下,对应各Kt水平的缺口试样均具有大于光滑试样的抗拉强度,且其缺口敏感系数相当;并根据该合金具有较好的拉伸塑性和缺口拉伸断口上存在裂纹萌生和稳态扩展区域的特征,分析讨论了其形成缺口强化效应的机制。     

单一取向层片组织TiAl合金缺口敏感性的研究

通过拉伸试验研究了铸造TiAl合金单一取向层片组织在缺口应力集中系数分别为2、3和4时的缺口敏感性。发现该合金在沿层片界面方向的应力作用下,对应各Kt水平的缺口试样均具有大于光滑试样的抗拉强度,且其缺口敏感系数相当;并根据该合金具有较好的拉伸塑性和缺口拉伸断口上存在裂纹萌生和稳态扩展区域的特征,分析讨论了其形成缺口强化效应的机制。     

GH4169合金不同孔形气膜冷却孔疲劳性能对比分析

气膜冷却孔是航空航天高温部件常见冷却设计,但属于典型结构疲劳危险点。为了优化气膜冷却孔热-机械性能,本研究通过疲劳试验和有限元建模分析,研究GH4169合金相同底孔尺寸下的气膜冷却孔疲劳性能。研究表明：相同底孔直径下,90°圆孔疲劳寿命远低于倾斜圆孔、扇形孔和扇形后倾孔;相同孔倾角下,孔形对疲劳寿命影响较小;90°圆孔发生单断口疲劳断裂,断口与加载方向基本垂直,而倾斜圆孔、扇形孔、扇形后倾孔在孔根部附近发生疲劳断裂,断口向孔轴方向倾斜,除主断口外在孔根部均出现亚断口;90°圆孔断口疲劳裂纹在孔壁中间萌生,而倾斜圆孔和扇形孔疲劳裂纹在孔口部位萌生,且呈现多源萌生特征;裂纹萌生区平整光滑,随着裂纹扩展断口表面韧窝明显增多;孔轴倾角和孔口形状对孔周应力分布及最大应力水平具有显著影响。     

单晶镍基高温合金的蠕变断裂

本文研究了〈001〉取向的CMSX—2,SRR99和RR2000三种单晶镍基高温合金,从750-1000℃温度范围和从150—680MPa应力下的蠕变断裂特征;用扫描电镜对上述各种实验状态下的蠕变断口和纵向剖面进行了详细观察。结果表明:单晶的蠕变断裂具有明显的晶体学特征,蠕变裂纹总是从已有的铸造的显微疏松处萌生;对于含碳量较高的材料,碳化物及其与基体的界面也是裂纹萌生的有利位置;这些已萌生的裂纹在外加应力轴垂直的(001)面上各向异性地扩展,直到由于承载截面的逐渐减小而导致最终破坏。虽然在较高的实验温度下,断口被强烈地氧化,但是蠕变断裂特征没有改变,在对三种材料断口上(001)面的大小和面积分数的测量和计算表明,用面积分数来表征蠕变损伤程度是可行的。     

蠕变疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟

通过结合初始应力应变场与连续损伤力学理论以及单元失效和裂纹萌生准则,构建了蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的预测模型,将模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中,实现了初始无缺陷结构蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟,并分析了影响裂纹萌生寿命的因素.通过与线性累计损伤理论对比发现,裂纹萌生位置蠕变损伤和疲劳损伤具有相互促进作用,蠕变疲劳的交互作用使裂纹萌生寿命减小;蠕变和疲劳载荷加载顺序对损伤的累积具有很大影响,模拟发现承受蠕变载荷的结构在承受后续循环载荷下总损伤值更大,裂纹萌生寿命更短.     

SEM原位观察BT20钛合金激光焊接头的断裂行为

采用单边缺口试样用扫描电镜原位观察了BT20钛合金激光焊接头焊缝的裂纹萌生与扩展特征。焊后态试样裂纹一经萌生随即失稳断裂。焊后热处理试样经历了较长的裂纹亚稳扩展阶段，在切应力与正应力共同作用下，微裂纹沿滑移带萌生；裂纹扩展过程中遇到滑移带时发生偏转；新的微裂纹在裂纹尖端的滑移带相交处萌生，并随后与主裂纹相连。焊后热处理可显著提高激光焊接头的韧塑性。     

带V型缺口圆棒试样三轴应力状态下的蠕变性能

研究了750℃、应力水平为200、240 MPa条件下带V型缺口和光滑表面的GH3536圆棒试件的蠕变性能。通过扫描显微镜从微观角度分析了缺口对蠕变断裂的影响机理。采用修改的K-R模型,研究了缺口应力和损害蠕变时间的变化。结果表明:V型缺口提高了蠕变实验的强度,随着应力的增加,其强化效应增强。V型缺口圆棒试样的蠕变损伤和局部失效全都出现在缺口根部相对较浅的位置。     

C250钢缺口扭转疲劳断裂特征研究

采用体视显微镜和扫描电镜对不同应力比、不同循环寿命下的C250钢缺口扭转疲劳断裂特征进行研究。结果表明:C250钢缺口扭转疲劳断口宏观可分为斜面状、棘轮状、锯齿状和平面状等4类断口形貌。斜面状和棘轮状断口一般出现在R>0、循环周次在105级以上的断口上；锯齿状断口一般出现在应力比R<0、循环周次在105级以上的断口上；平面状断口一般出现在循环周次在104级以下的断口上。在斜面状断口和棘轮状断口上，与轴向呈45°的扩展斜断面上为类解理特征，微观可见典型的疲劳条带特征；与轴向垂直的扩展断面主要为扭转磨损特征；瞬断区为韧窝断裂特征。斜面状断口、棘轮状、锯齿状断口疲劳裂纹的萌生和扩展主要受切应力的作用。而平面状断口裂纹的萌生和扩展主要受平面拉应力作用。     

拉伸超载对超高强度钢A-100冲击疲劳性能的影响

研究了A-100钢单边缺口三点弯曲试样经拉伸超载处理后,冲击疲劳性能的变化。在室温下测得拉伸超载处理前后,冲击能量-冲击疲劳寿命曲线,并对冲击疲劳断口进行微观分析。结果表明:拉伸超载可延长A-100钢的冲击疲劳裂纹起始寿命而对裂纹扩展寿命无影响;试样超载后裂纹源区微观形貌发生变化,缺口根部残余压应力的存在是造成这些变化的主要原因。     

A356铸造铝合金的疲劳裂纹萌生及短裂纹扩展研究

研究了A356-T6铸造铝合金的缺口疲劳裂纹萌生与早期扩展行为及机制.结果表明,热等静压试样的疲劳抗力优于非热等静压试样.对于钝缺口试样,疲劳裂纹萌生于缺口根部附近的多个平面,最终哪个裂纹源扩展成主裂纹取决于局部微观组织.对于缺口几何形状不同的热等静压和非热等静压疲劳试样,在疲劳过程中,不管是在高应力状态下,还是在低应力状态下,都出现了铝基体的循环塑性变形和共晶硅粒子断裂导致疲劳裂纹萌生.对于非热等静压试样,铸造缩孔在构件的疲劳过程中起着重要作用,但即使缺口根部存在较大尺度的铸造缩孔,导致了疲劳裂纹萌生,但也同时观察到疲劳裂纹从共晶硅粒子、金属间化合物、铝基体的滑移带和铁基金属间化合物等处萌生.对于脆性的A356铸造铝合金可采用修正的断裂力学参量ΔKn、局部应力范围Δσ或局部应变幅Δε/2作为控制参量来表征疲劳裂纹萌生行为,而缺口有效应力强度因子范围ΔKneff和ΔJs参量可用来表征缺口场中短裂纹扩展行为.     

一种镍基单晶合金的中温蠕变断裂机制

通过对一种镍基单晶合金进行中温不同应力条件下的蠕变性能测试及组织结构与断口形貌观察,研究了合金在蠕变期间的损伤及断裂机制。结果表明:合金在蠕变后期的变形机制是主、次滑移系的交替开动,主/次滑移系的多次交替开动,可在两滑移系交错区域的γ′/γ两相界面萌生裂纹;随蠕变进行,沿与应力轴垂直的γ′/γ两相界面发生裂纹的扩展,形成与<110>方向平行的正方形解理面,其中,裂纹在(001)面沿<110>方向扩展,与{111}二次解理面相截时,可终止裂纹扩展。这是使(001)解理面具有四方形特征的原因。由于蠕变期间在不同横断面发生多个微裂纹扩展,并在裂纹尖端沿较大剪切应力方向形成撕裂棱或发生二次解理,使多个裂纹连通,直至发生蠕变断裂。这是使合金蠕变断口呈现凹凸不平多层次解理特征的主要原因。     

缺口对TC21合金高周和低周疲劳的影响

研究了缺口对TC21合金在不同温度高周和低周疲劳强度的影响。疲劳试样为光滑和V型缺口（Kt=3）2种试样，疲劳载荷为应力控制，循环应力比为0．1，高周疲劳实验温度为315℃，低周疲劳实验温度为室温及400℃。结果表明，在循环应力较低，缺口根部未塑性变形时，缺口使疲劳强度明显降低。循环应力升高使缺口根部产生塑性变形时，缺口对疲劳强度影响降低，当循环应力升高使光滑试样失稳时，缺口试样的疲劳强度高于光滑试样的疲劳强度。断口的SEM分析表明，缺口试样的疲劳裂纹在缺口根部萌生，即使高周疲劳裂纹源也是多个。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的疲劳断口研究

采用单边缺口试样,用扫描电镜观察了TC4-DT钛合金母材及电子束焊接接头焊缝区与热影响区的疲劳断口,分别分析了疲劳裂纹起裂源、扩展区及瞬断区的断口形貌特征.结果表明,疲劳裂纹均起裂于试样缺口根部,并由试样的一侧扩展到另一侧,裂纹扩展初期均沿一定的结晶面扩展,属于脆性穿晶断裂;母材和热影响区的瞬断部位均有明显的韧窝出现,属于塑性沿晶断裂,而焊缝区断口上韧窝不明显;热影响区疲劳断口有疲劳条带出现,但在母材和焊缝区断口上很难看见.     

高温高应力状态下TP347H钢焊接接头断裂行为

通过理化分析、裂纹形貌观察、应力测量和计算,研究了高温高应力状态下服役的TP347H钢焊接接头裂纹性质及其产生机理。结果表明,裂纹起源于接头热影响区(HAZ)或近HAZ的母材高应力区;裂纹区域可观察到宏观裂纹、微裂纹和孔洞3种不同缺陷形貌;宏观裂纹方向与最大应力方向基本垂直,微裂纹基本相互平行;裂纹断面具有冰糖状脆性断口特征。根据裂纹产生的位置、过程和形貌特征,确定该裂纹为一种低塑性蠕变裂纹,其与传统的TP347H钢接头再热裂纹存在差异。该裂纹产生机理为高应力导致的NbC晶内析出强化。高应力下的应变作用增加位错密度,产生大量形核区, Nb C的析出量增加,高温下材料的晶内强度得以提高,使塑性变形与滑移集中于晶界,最终导致材料发生低塑性蠕变开裂。     

CBGA焊点热循环条件下的可靠性

研究了陶瓷球栅阵列（CBGA）器件在-55～125℃温度循环条件下的热疲劳寿命,采用光学显微镜研究了失效试件焊点的失效机制,分析了裂纹萌生和扩展的方式。结果表明,失效试件裂纹最先萌生于四周最外侧焊球上下界面外边缘处,随着循环次数的增加,裂纹沿该界面从焊球边缘向中心扩展,裂纹的萌生和扩展是该处应力应变集中、热循环和蠕变相互作用的结果。     

慢加载条件下氢对裂纹萌生与扩展的作用

在扫描电镜原位拉伸条件下，研究了氢原子对正火态的Ｃｒ－１Ｍｏ钢裂纹萌生与扩展的作用结果发现：氢原子使缺口根部韧性裂纹萌生时的临界塑变降低，并使裂纹的扩展方式从沿最大切应力方向的连续扩展改变成沿最大主应力面的跳跃扩展．试验未发现明显的氢致塑变特征．文中对氢原子的影响机理进行了分析．     

重载铁路钢轨闪光焊接头推凸根部断裂分析及防止方法

重载铁路钢轨闪光焊接头推凸根部裂纹产生的主要原因是推凸根部与轨底构成V形缺口,在疲劳载荷作用下,形成裂纹源.轨底表面脱碳使得该区域强度下降,进一步促进了裂纹的萌生.防止裂纹的方法是将轨底的推凸余量打磨干净,消除推凸构成的缺口.