不同加载速率下汽轮机转子钢的高温低周疲劳断裂特征

采用RDL05电子蠕变疲劳试验机,在0.5×10-2、0.1×10-2 s-1两种加载速率条件下,对30Cr1Mo1V汽轮机转子钢进行高温低周疲劳试验,用带有能谱分析的JSM-5610扫描电镜分析试样的断裂特征。结果表明,试样断面有裂纹起源区、裂纹扩展区和瞬断区,瞬断面与其他两区呈一定角度的剪切唇;裂纹源区比较平坦,细小裂纹沿晶界萌生于材料内部;断裂类型主要为沿晶断裂,在0.1×10-2 s-1时裂纹数目较少;在瞬断区以韧窝为主要断裂特征,并有少量疲劳条纹,0.5×10-2 s-1时韧窝较深;从试样表面萌生的裂纹可看出,裂纹附近出现了大量尺寸在5～30μm的鱼卵状裂纹珠,这是由于高温氧化、疲劳载荷交互作用形成的。     

CL60钢拉扭微动疲劳行为及断裂研究

在改进的微动试验装置上,实现了拉扭微动的复合.比较了不同应力幅值对CL60钢拉扭复合微动疲劳寿命的影响,利用扫描电镜分析了微动疲劳裂纹的萌生和扩展机制.结果表明:随着循环应力幅升高,拉扭微动疲劳寿命降低;在各个应力幅值下,试样总体上显示出循环软化的特征.疲劳裂纹萌生在微动区和未微动区的交界处,主裂纹聚合附近的一些微裂纹最后形成一条宏观裂纹扩展,导致试样断裂.     

AZ31镁合金在高周疲劳过程中微观组织和孪晶演变特征

利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了室温条件下AZ31镁合金在不同加载频率（3和30 Hz）和不同应力幅值（90,95,100,105,110 MPa）疲劳变形后的组织演变规律及断口形貌特征。结果表明：随着加载应力增加,基体内残余孪晶数量增加,残余孪晶主要以拉伸孪晶形式存在。随着应力幅值的增加晶粒逐渐细化,这是由于在循环过程中,拉伸孪晶演变诱导晶粒细化。随着应力幅值的增加,织构强度显著减弱,这与试样疲劳后的再结晶机制有关。通过对试样疲劳断口的分析,发现孪晶片层处容易引起裂纹萌生,随着应力的增加,试样中裂纹扩展区面积逐渐减小,在疲劳裂纹扩展区观察到明显的疲劳辉纹。最终断裂区表面粗糙,主要存在韧窝、撕裂脊以及二次裂纹等形貌。在最终断裂区可观察到韧窝,韧窝尺寸随着循环应力的增加,在较高加载频率下,韧窝的尺寸与数量均减小。     

2A12铝合金动态腐蚀-疲劳耦合失效机理研究

目的 针对某飞机吊挂结构用2A12铝合金开展预腐蚀后的动态腐蚀-疲劳耦合试验,很快发生断裂行为,寻找失效原因并提出解决措施.方法 利用自制的卧式动态腐蚀-疲劳试验装置,开展2A12铝合金预腐蚀后的腐蚀-疲劳协同试验直至样品断裂.同时,对比开展2A12铝合金腐蚀与疲劳交替试验,分析断口腐蚀形貌、元素含量、价态变化,获得2A12铝合金在两种试验方法下的腐蚀疲劳机理.结果 2A12铝合金主要由铝基体以及弥散分布其中的多种合金强化相组成.当有预裂纹时,2A12铝合金在腐蚀与疲劳交替作用下,很快发生疲劳断裂,且裂纹几乎贯穿整个断面,在整个裂纹附近存在较多的腐蚀产物Al2O3.2A12铝合金在预腐蚀后,基体与其表面的氧化膜之间形成腐蚀电池,初期的点蚀孔快速发展成明显腐蚀坑并产生大量腐蚀产物Al2O3,腐蚀坑底部由于应力集中现象而成为裂纹源,在动态腐蚀-疲劳耦合作用下快速萌生裂纹并呈放射状扩展,很快发生疲劳断裂行为,同时裂纹扩展区无腐蚀产物.结论 2A12铝合金用作飞机吊挂结构件时,必须进行表面防腐处理,避免形成腐蚀坑,减缓吊挂结构发生腐蚀-疲劳断裂进程.     

搅拌摩擦加工Fe40Mn20Co20Cr15Si5高熵合金的疲劳行为

采用搅拌摩擦加工(FSP)对铸态Fe₄₀Mn₂₀Co₂₀Cr₁₅Si₅高熵合金(CS-HEA)进行了微观结构改性,研究了晶粒尺寸和组元相比例对CS-HEA疲劳行为的影响。结果表明,FSP后的CS-HEA晶粒尺寸由128μm细化到4.2μm, FCC相比例由60%增加到75%。细化的晶粒和高比例的FCC相不仅提高了拉伸性能,并且将CS-HEA的疲劳极限由260 MPa提高到520 MPa。疲劳极限提高的原因包括裂纹萌生的延缓和裂纹扩展速率的降低。FSP消除了铸造缺陷并细化了晶粒尺寸,晶粒的细化延缓了裂纹萌生。在裂纹扩展阶段,较高比例的TRIP效应和分散的裂纹分支有效降低了FSP试样的裂纹扩展速率。     

高速列车车轴用EA4T钢腐蚀疲劳性能研究

目的 研究腐蚀环境中EA4T车轴钢疲劳性能,为车轴的腐蚀检测和使用寿命评估提供依据.方法 采用旋转弯曲疲劳试验机,在人造雨水模拟的腐蚀环境和空气环境中,对EA4T车轴钢试样进行疲劳试验,以获得不同环境下试样的疲劳S-N曲线、表面损伤以及裂纹扩展规律.然后对扩展裂纹进行概率统计,通过扫描电镜对疲劳失效的断口进行观察,并分析对比不同环境中裂纹扩展门槛值的变化.结果 空气环境中,试样的疲劳极限为355 MPa,而在腐蚀环境中,试样不存在疲劳极限,107循环周次对应的疲劳强度降低到245 MPa,相比空气环境中降低了31％.Gumbel分布统计与Weibull双参数分布统计相比,更适合描述EA4T车轴钢试样表面腐蚀裂纹长度随加载次数的变化.腐蚀环境中,疲劳裂纹萌生于表面腐蚀坑,并存在多个裂纹源.腐蚀环境显著降低了试样裂纹扩展门槛值,空气环境下,该值为6.29 MPa·m1/2,腐蚀环境下降低到4.1 MPa·m1/2.结论 腐蚀环境降低EA4T钢疲劳寿命的主要原因是,腐蚀环境降低了裂纹扩展门槛值,加快了裂纹萌生以及短裂纹扩展.而当裂纹达到一定长度时,腐蚀环境对裂纹扩展几乎没有影响.     

TiAl低压涡轮叶片室温振动疲劳行为研究

基于TiAl低压涡轮叶片夹持榫头室温振动疲劳试验结果,分析总结TiAl低压涡轮叶片室温振动疲劳的行为特点。结果表明:叶片存在两种断裂位置,大多数叶片由榫槽底部高应力截面断裂,个别叶片由叶身铸造缺陷处断裂;叶片室温振动疲劳寿命具有较大分散性,疲劳寿命主要取决于裂纹萌生阶段的贡献,试验应力水平下叶片粗大的片层组织的尺寸、数量和分布位置会显著影响疲劳寿命,并增加疲劳寿命的分散性;叶片室温疲劳具有较高的缺陷敏感性,叶身排气边亚表面存在尺寸约0.4 mm的Al₂O₃、Y₂O₃铸造夹渣,改变了叶片的断裂位置和起源方式,形成亚表面铸造缺陷起源,并在源区附近出现沿晶断裂和光滑刻面特征,沿晶特征与等轴晶粒对应。     

30CrNi2MoV钢的腐蚀疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

通过不同循环应力和不同浓度的盐酸腐蚀液的疲劳腐蚀实验,对30CrNi2MoV钢腐蚀疲劳裂纹萌生与扩展行为进行研究。结果表明:30CrNi2MoV钢试样腐蚀疲劳裂纹起源于试样表面的点蚀坑。在循环应力作用下,点蚀坑由于应力集中,萌生裂纹,在应力和盐酸的共同作用下,裂纹不断加深、增多,直至发生断裂。随着循环应力的增大,30CrNi2MoV钢的疲劳寿命明显下降。随着盐酸浓度的增加,试样的疲劳寿命有小幅下降。循环应力对30CrNi2MoV钢腐蚀疲劳裂纹的产生起主要作用,盐酸腐蚀液起辅助作用。     

应力水平对线弧增材制造TA15钛合金疲劳行为的影响

以原位轧制线弧增材制造TA15合金为研究对象,研究了退火态TA15合金的疲劳性能与疲劳断裂失效行为。结果表明,退火态TA15合金的轧向和纵向组织均以α/β片层交叠形成的网篮组织为主,局部存在等轴晶粒分布。通过对S-N曲线进行拟合,TA15钛合金疲劳极限为311 MPa。试样断口包含疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。裂纹均从表面萌生,同时裂纹扩展区存在大量的疲劳辉纹和二次裂纹,瞬断区由等轴状的韧窝构成,呈现典型的准解理断裂特征。在低循环应力下,裂纹主要穿过或沿着α/β片层组织进行扩展,裂纹扩展路径较长;在高循环应力下,裂纹开始沿着原始β晶界扩展,二次裂纹扩展路径较短但数量较多。疲劳裂纹容易沿着组织中相对薄弱的位置进行扩展,并且二次裂纹周围有裂纹分支生成。     

NiCrMoV型转子钢焊接接头组织与高周疲劳性能研究

采用应力比R=-1的拉压高周疲劳实验,研究了汽轮机焊接模拟转子试样的高周疲劳裂纹的萌生与扩展过程,并通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）观察与分析了疲劳断口的形貌特征和微区成分。结果表明:疲劳裂纹常在夹杂物和气孔等缺陷处萌生,进而以此为裂纹源,逐渐发生扩展,直至材料最终断裂失效。对于30Cr2Ni4MoV转子钢,夹杂物性质主要为氧化物（如CaO、SiO₂、Al₂O₃和MgO等）,因此应严格控制钢中O、Al、Si、Mg、Ca等元素的含量。     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

Assessment of the crack growth characteristics at the low corrosion fatigue limit of an A106 Gr b steel pipe weld

In the area of heavy construction, welding processes are vital in the production and maintenance of pipelines and power plants. The fusion welding process generates formidable welding residual stresses and metallurgical change, which increase the crack driving force and reduce the resistance of brittle fracture as well as environmental fracture. This is a serious problem with many alloys as well as A106 Gr B steel pipe. This pipe, used in petrochemical and heavy chemical plants, either degrades due to corrosive environments, e.g., chlorides and sulfides, and/or becomes damaged during service due to the various corrosion damage mechanisms. Thus, in this study, the sulfide corrosion fatigue strength of multi-pass welded A106 Gr B steel pipe was evaluated in a 5.0 wt.% NaCl solution that was saturated with H2S gas at room temperature on the basis of NACE TM 0177-90. The crack growth characteristics of the welded pipe were then assessed at the low limit of sulfide corrosion fatigue strength, which was previously obtained from the sulfide corrosion fatigue (SCF) tests. From the results, in terms of the SCF, all the specimens failed at the heat-affected zone, where a high welding residual stress distributes. It was found that the fatigue crack grew at the low corrosion fatigue limit (σ _{SCFun-notched}), which was 32 % (160MPa) of the ultimate tensile strength (502MPa) of the welded specimens.     

粗晶纯Al多晶材料的循环形变——Ⅱ.断口形貌

对粗晶纯Al多晶体的疲劳断口进行了扫描电镜分析,在应变控制循环形变下,晶粒粗大而延性很好的金属的疲劳断口具有某些特征:断裂源少而集中,断裂源附近裂纹呈扇形扩展,疲劳条纹为循环解理刻面,每一条纹由较宽的解理刻面和窄的解理台阶两部分组成,台阶往往由于塑性形变而钝化;在裂纹扩展第Ⅱ阶段的疲劳条纹清晰、连续,布满裂纹扩展第Ⅱ阶段的整个区域,不同水平面形成的条纹间以“麻花形”的条带连接;多处观察到沿条纹形成的二次微裂纹,有些已发展成二次宏观裂纹,并有二次疲劳条纹;在断口上可观察到解理小舌台;断口上无最后拉断的静断区,对疲劳条纹的形成机制进行了初步的探讨。     

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了热处理对TC4-DT合金φ300 mm棒材显微组织、拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:经800℃×2 hAC简单退火、α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后的TC4-DT的显微组织分别为等轴组织、双态组织和片状组织.等轴组织具有较好的拉伸性能、低的断裂韧性和高的疲劳裂纹扩展速率:双态组织与等轴组织相比较,具有较好的拉伸性能,较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率:片状组织的拉伸强度低于双态组织和等轴组织,塑性最低,断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率与双态组织的基本相同.总体来说,TC4-DT合金经α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后可获得R_m≥3825 Mpa,R_(P0.2)≥750 Mpa,A_5≥8%,K℃≥90 Mpa ,疲劳裂纹扩展速率小于8×10~(-6)～9×10~(-6) mm/cycle的综合性能.     

CYCLIC DEFORMATION OF COARSE GRAINED POLYCRYSTALLINE PURE Al Ⅱ. FRACTURE SURFACE MORPHOLOGY

对粗晶纯Al多晶体的疲劳断口进行了扫描电镜分析,在应变控制循环形变下,晶粒粗大而延性很好的金属的疲劳断口具有某些特征:断裂源少而集中,断裂源附近裂纹呈扇形扩展,疲劳条纹为循环解理刻面,每一条纹由较宽的解理刻面和窄的解理台阶两部分组成,台阶往往由于塑性形变而钝化;在裂纹扩展第Ⅱ阶段的疲劳条纹清晰、连续,布满裂纹扩展第Ⅱ阶段的整个区域,不同水平面形成的条纹间以“麻花形”的条带连接;多处观察到沿条纹形成的二次微裂纹,有些已发展成二次宏观裂纹,并有二次疲劳条纹;在断口上可观察到解理小舌台;断口上无最后拉断的静断区,对疲劳条纹的形成机制进行了初步的探讨。     

Fatigue crack initiation for Al-Zn-Mg alloy welded joint

To investigate fatigue crack initiation characteristics of Al-Zn-Mg alloy welded joint, notched specimens were used in fatigue test for the base metal, welding bead and heat affected zone (HAZ). The fatigue fracture surface near the fatigue crack initiation site was observed by scanning electron microscope (SEM). The results show that the differences of fatigue crack initiation life among base metal, welding bead and HAZ are not obvious. Inhomogeneity in microstructure and mechanical performance of HAZ influences the fatigue crack initiation life. The ratio of fatigue crack initiation life (Ni) to fatigue failure life (Nf) for the base metal, welding bead and HAZ of A7N01 aluminium alloy welded joint are 26.32%, 40.21% and 60.67%, respectively. Fatigue crack initiation life can be predicted using a uniform model. Observation of fatigue fracture surfaces shows that for the welding bead a fatigue crack initiates from the smooth surface due to the welding process, the blowhole in HAZ causes fatigue crack and the crushed second phase particles play an important role in fatigue crack initiation for the base metal.     

Investigation of fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V during tensile-tensile fatigue

Fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V has been investigated in high cycle fatigue (HCF) and low cycle fatigue (LCF) regimes at stress ratio R=0.1 using the replication technique. In all four tested α/β microstructures, the crack was initiated by fracture of equiaxed alpha grain. Fractured alpha grains are seen on the fracture surface as flat facets with features characteristics of cleavage fracture. In the regime of low stress amplitudes and in the absence of reverse loading, cleavage fracture contributes to crack initiation and early stages of crack growth in Ti-6Al-4V. This mechanism is discussed in relation to the anomalous mean stress fatigue behavior exhibited by this alloy.     

超细晶纯钛的微动疲劳特性

利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹;由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。     

起落架缓冲器上支臂支座断裂分析

主起落缓冲器疲劳试验中，缓冲器上支臂支座断裂。通过对支座材料成分、硬度和金相组织检测分析，以及断口宏微观形貌观察、断口能谱分析等，研究断口的断裂特征和裂纹源产生、扩展、断裂过程。结果表明，该支座在摩擦产生的高温条件下，Cd2+渗入基体形成共晶体，从而产生疲劳源；在交变应力的作用下，疲劳源发生隔脆，形成裂纹源，裂纹扩展导致断裂。根据支座断裂原因及使用环境，建议调整该支臂的表面处理工艺，配合面可采用镀锌等工艺，或采用其他防腐蚀能力较强的超高强度钢。