DD6单晶高温合金振动疲劳性能及断裂机理

研究[001]取向的DD6单晶高温合金的室温振动疲劳S-N曲线,并获得了其室温振动疲劳极限。利用体视显微镜、扫描电子显微镜、背散射衍射等手段对DD6单晶高温合金振动疲劳断裂机制进行分析。结果表明:采用S-N法估算得到的[001]取向的DD6单晶高温合金室温振动疲劳极限约为337.5MPa。振动疲劳裂纹断口呈现单个或多个沿{111}晶体学扩展平面组成的形貌特征,断口上分为疲劳源区和疲劳扩展区两个阶段,裂纹在应力最大截面处的表面或内部缺陷处萌生,呈单源特征,疲劳扩展区呈现类解理断裂特征,未出现典型的疲劳条带特征。说明沿{111}晶面滑移是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要变形机制,断口上的类解理扩展平面以及微观上类解理花样是DD6单晶高温合金室温振动疲劳断裂的主要特征。     

Stellite12钴基合金的疲劳性能及其断裂机理研究

采用三点弯曲疲劳法测得光滑试样和直缺口试样的S-N曲线以研究Stellite12钴基合金的疲劳性能,并通过断口形貌观察进一步探究该钴基合金的断裂过程。结果表明:光滑试样的疲劳极限为545 MPa,约为原始抗弯强度1552 MPa的25.4%;直缺口试样的疲劳极限约为101MPa,约为静态抗弯强度517.6MPa的19.1%。对于疲劳敏感性,光滑试样与直缺口试样的疲劳敏感性分别为397和31。此外发现疲劳裂纹多萌生于近表层聚集的碳化物处,同时表面缺陷也可诱发疲劳裂纹的萌生。疲劳裂纹的扩展主要表现为碳化物的穿晶断裂,钴基体在应力比R=0.1的疲劳加载条件下虽表现出一定的韧性且呈现出较多的撕裂脊,但也呈现出一定的脆性断裂模式,因此疲劳裂纹扩展模式为真疲劳与静态疲劳的混合模式。     

P92钢等离子弧焊接接头原位拉伸的SEM观察研究

针对6 mm厚P92钢等离子弧焊接接头,利用带动态拉伸台的高分辨扫描电镜对接头的不同区域进行原位拉伸实验,通过试样动态断裂过程观察并结合断口分析研究了P92钢等离子弧焊接接头各区的微观断裂机理.结果表明:接头焊缝区在拉伸过程中经历了前期的钝化伸张区之后,裂纹起裂于中间相M23 C6处,而焊缝区的裂纹扩展路径沿着中间相M23 C6前进,并在断面上形成了撕裂脊,属于穿层断裂;热影响区是P92焊接接头的最薄弱环节,裂纹起裂于中间相M23 C6处,其断口起裂的孕育阶段基本没有前期的钝化,即前期的塑性裂纹的扩展长度Xf=0,裂纹以沿层断裂模式进行扩展,在断口处有分层现象,最终断面呈现出裂纹以解理断裂模式进行扩展;母材区的拉伸试样在经历了钝化伸张区之后,前期的裂纹以塑性断裂模式进行扩展,裂纹在扩展过程中遇到较多的中间相M23 C6时形成应力集中,同时在其附近出现空洞,此时裂纹以解理断裂模式进行扩展,属于沿层断裂.     

ZTA15铸造钛合金高周疲劳性能研究

目的 研究ZTA15铸造钛合金的高周疲劳性能及其疲劳断裂微观机理。方法 测试ZTA15铸造钛合金的室温轴向拉伸高周疲劳性能,并对合金的金相组织和断口形貌进行观察与分析。结果 随着应力比的提高,ZTA15铸造钛合金的疲劳强度相应提高,疲劳寿命也相应延长。应力比为-1、0.06、0.5时,相应ZTA15铸造钛合金的中值疲劳强度分别为341.5、512.5、643 MPa。疲劳断口形貌显示,疲劳裂纹多萌生于试棒的表面和次表面,裂纹萌生区呈类解理断裂特征。裂纹扩展区可以观察到明显的疲劳辉纹、扩展台阶和二次裂纹等典型特征。结论 疲劳失效机理和疲劳性能差异与合金的显微组织有一定的关系。应力比对疲劳性能的影响主要作用于疲劳裂纹的萌生和扩展阶段。     

TC4钛合金复合加载下超高周疲劳性能研究EI北大核心CSCD

针对航空发动机压气机叶片在实际工况下的超高周疲劳断裂问题,研究了三种锻造温度下TC4钛合金三点弯曲–轴向拉伸复合加载的疲劳破坏行为。试验结果表明,S-N曲线呈直线下降型和双平台型,采用985℃近锻造时疲劳性能最好。随着应力幅值降低,裂纹由表面萌生向次表面萌生转变,断口形貌呈现准解理断裂特征。表面裂纹萌生于α晶界或α-β相界,由位错滑移堆积导致;而次表面裂纹萌生于刻面,由初生α相解理导致。疲劳寿命由裂纹萌生阶段主导,且所占比例随总寿命的增加而变大。双态组织中初生α含量和尺寸均小于等轴组织,且β转变组织含量更高,从而具备更好的疲劳性能。轴向拉伸改变了试件的轴向应力分布,有利于提高裂纹萌生于次表面的概率,使裂纹起源点向内部迁移。     

1240MPa级Ti-38644高锁螺栓的拉伸疲劳增寿机理

用扫描电镜和能谱观测分析Ti-38644高强钛合金高锁螺栓的拉伸疲劳断口,揭示了高锁螺栓的疲劳裂纹萌生和扩展的微观特征和疲劳增寿机理。结果表明,Ti-38644高强钛合金高锁螺栓的疲劳断口包括疲劳裂纹萌生区、扩展区和瞬断区:疲劳裂纹从螺栓头下圆角滚压薄弱部位表面萌生,随后在基体中呈放射性扩展;进入扩展区后裂纹的尺寸由微观扩展至宏观,以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在解理断裂。头下圆角处的变形层对Ti-38644高锁螺栓的疲劳寿命有显著的影响,变形层使Ti-38644钛合金高锁螺栓的疲劳寿命明显提高。通过微观组织与疲劳寿命的对比,探讨了Ti-38644钛合金高锁螺栓疲劳强化的作用机理。     

两种含氢钛合金的疲劳断裂特性

对含氢的两种新型钛合金Ti 4Al 2V和Ti 2Al 2 .5Zr拉 拉疲劳断裂特征进行了金相和断口观察。当材料承受大应力疲劳加载时 ,两种钛合金断口形貌除可见到疲劳弧线外 ,与静拉伸断口类似 ,氢含量不同对疲劳断口形貌的影响很小。充氢以后 ,疲劳载荷越低 ,裂纹源越多。不充氢的角裂纹通常以穿晶方式萌生 ,而充氢的角裂纹一般以准解理方式形核。Ti 4Al 2V在裂纹扩展区可见大量清晰的疲劳辉纹 ,而Ti 2Al 2 .5Zr的疲劳辉纹很少 ,且疲劳辉纹的间距比Ti 4Al 2V小得多。面裂纹一般在氢化物位置形核 ,然后穿晶扩展 ,具有沿晶和穿晶混合形貌。氢化物的含量越大 ,萌生面裂纹的几率越大     

不同温度环境下CrMoW转子钢超高周疲劳行为研究

利用旋转弯曲疲劳试验机,研究CrMoW转子钢在常温与600℃条件下的超高周疲劳特性。对试验数据采用三参数模型拟合,用扫描电子显微镜(SEM)对疲劳断口进行分析。研究结果发现,600℃下的S-N曲线呈现直线下降的趋势,不存在传统意义上的疲劳极限。高温会加速试样的氧化,促进裂纹的萌生与扩展,降低材料的疲劳寿命。断口分析表明:疲劳裂纹主要萌生于试样表面,很少发现裂纹萌生于内部的情形。在600℃下,裂纹萌生区普遍发现有夹杂物。对试验前后转子钢硬度值进行测量,没有发生明显变化。     

应力幅对退火态Mg-3Al-2Sc合金疲劳行为的影响

在不同应力幅下对退火处理后的Mg-3Al-2Sc合金进行应力控制的疲劳实验,研究应力幅对合金的裂纹扩展行为和断裂机制的影响。结果表明:在12～75MPa应力范围内,当控制应力比为0.2,随着应力幅增加,裂纹扩展速率增加,Mg-3Al-2Sc合金的疲劳断裂寿命降低。在裂纹萌生区合金主要表现为解理断裂机制,进入裂纹稳定扩展阶段的疲劳断裂主要为准解理断裂。而在瞬断区,低应力幅时主要表现为准解理断裂,高应力幅时主要表现为微孔聚合断裂。     

轨道交通用6082-T6铝合金MIG焊接接头组织与疲劳性能

对轨道交通用6082-T6铝合金进行MIG焊接,使用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计分别对焊接接头的显微组织、相结构与显微硬度进行观察与分析。结果表明,熔合区为柱状晶组织,焊缝主要由树枝晶和胞状晶组成,焊缝中心为等轴晶,焊缝体现出联生结晶的特点。母材相组成为基体α-Al固溶体、β-Mg2Si以及单质Si,焊缝金属相组成主要为α-Al固溶体。热影响区的宽度达31mm,且存在一个软化区。设定应力比R=0,测试了铝合金的疲劳寿命,通过拟合试验数据得到S-N曲线,得到MIG焊接6082-T6铝合金焊接接头的条件疲劳极限为99MPa,为母材的72.26%。用扫描电镜对疲劳断口进行观察和分析,结果表明,疲劳断口分布的二次裂纹促进了疲劳裂纹萌生和扩展,第二相粒子对疲劳裂纹的萌生起着重要的作用,焊缝中的气孔则容易成为疲劳源。稳态扩展区出现大量呈平行趋势且具有规则间距的疲劳条带,瞬断区存在大量韧窝和撕裂棱,体现出韧性断裂的特征。     

喷丸对TNM-TiAl合金组织以及450 ℃下高周疲劳性能的影响

目的 针对TNM-TiAl合金(Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B)服役时受高周疲劳影响的问题,揭示喷丸处理技术对TNM-TiAl合金疲劳性能的影响规律。方法 通过扫描电镜和透射电镜分析喷丸前后的组织演变,测量喷丸前后合金表面残余应力、表面粗糙度和显微硬度分布规律,采用梯度法测量喷丸前后的高周疲劳极限,并分析断口形貌和断口附近组织。结果 喷丸后合金表面粗糙并且存在烧蚀坑,表面附近的片层团发生弯曲,在组织内部引入大量位错、位错缠结以及位错胞等缺陷。喷丸后表面粗糙度明显提高,显微硬度提高了209HV0.05,从表面到内部形成深度为260 μm的硬度梯度。喷丸后试样表面的残余压应力为446 MPa,深度约为85 μm。喷丸后在450 ℃下保温30 h后合金表面最大硬度仍比喷丸前的硬度高166HV0.05,硬化深度约为150 μm。未喷丸光滑试样、喷丸光滑试样、未喷丸缺口试样和喷丸缺口试样的疲劳极限分别为615、637、385、455 MPa,光滑试样断裂类型为穿晶解理型脆性断裂,而缺口试样为穿晶脆性断裂。结论 喷丸能够显著提高最大残余压应力和引入应力的深度,且喷丸引入的组织具有一定的热稳定性,喷丸明显提高了TNM-TiAl合金的疲劳极限。     

不同时效态3J21合金疲劳行为

在MTS万能实验机上对室温大气环境下欠时效态、峰时效态和过时效态3J21合金的疲劳行为进行研究,并采用扫描电镜(SEM)对宏观断口及微观断口进行分析.结果表明:不同时效态疲劳裂纹均呈穿晶扩展,欠时效态3J21合金疲劳裂纹萌生寿命最长,扩展途径比较曲折,扩展速率最小,表现出最大的疲劳裂纹扩展抗力,疲劳寿命最长.而过时效态3J21合金的疲劳裂纹萌生寿命最短,沿晶扩展的比例增加,扩展途径相对平直,扩展速率最大,裂纹扩展抗力最小,疲劳寿命最低;峰时效态合金介于两者之间.不同时效态的疲劳断口均由疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区组成.在低速扩展区,欠时效态断口呈现小平面,峰时效态和过时效态断口呈现冰糖状花样,在中速扩展区均未看到长的疲劳条纹,仅发现个别细小的疲劳条纹.     

18CrNiMo7-6合金钢的弯曲微动疲劳特性

对18CrNiMo7-6合金钢进行弯曲微动疲劳实验,建立弯曲微动疲劳S-N曲线,并对实验结果进行分析。结果表明:该合金钢的弯曲微动疲劳S-N曲线不同于中碳钢材料,也不同于常规弯曲疲劳,而是呈"ε"型曲线特征。随着弯曲疲劳应力的增加,微动运行区域由部分滑移区向混合区和滑移区转变,损伤区的磨损机制以剥层、磨粒磨损和氧化磨损为主。在混合区内,裂纹最易萌生和扩展,且裂纹均萌生于材料接触区次表面。受接触应力和弯曲疲劳应力影响,弯曲微动疲劳裂纹的萌生和扩展可分为三个阶段:初期,在接触应力控制下,裂纹萌生于次表面;随后,裂纹受接触应力和弯曲疲劳应力共同控制,转向更大角度方向扩展;最后,裂纹完全受弯曲疲劳应力控制而垂直于接触表面扩展,直至断裂失效。     

TiAl合金高周疲劳行为的基本特征

综述了新型高温结构材料TiAl合金的高周疲劳行为基本特征,包括疲劳极限、疲劳强度和应力-寿命行为。分析TiAl合金高周疲劳S-N曲线特点发现,TiAl合金不具有疲劳极限,合金成分和组织形态是影响TiAl合金疲劳强度的关键因素。总结不同温度下的TiAl合金高周疲劳性能发现,当温度由韧-脆转变温度以下提高至该温度以上时,合金的高周疲劳寿命对循环应力变化的敏感性得到了明显改善。此外,还着重讨论了TiAl合金层片组织的疲劳寿命波动性问题,认为层片组织的随机取向是影响疲劳裂纹形核和小裂纹扩展过程的关键因素,从而导致合金高周疲劳寿命产生明显波动。根据该波动机理,探讨了增加TiAl合金高周疲劳寿命、降低其波动性的组织优化途径。     

MB8镁合金高周疲劳实验研究

采用升降法对MB8镁合金室温高周疲劳行为进行实验研究。结果表明:利用升降法计算出MB8镁合金在应力比R=0.1,循环基数为107条件下的疲劳强度为90.2MPa,相当于其抗拉强度的34%左右;合金的疲劳裂纹萌生于试样表面,裂纹扩展区由小的平面状断面组成,没有明显的疲劳辉纹存在,合金疲劳断口呈现韧性断裂特征。     

室温大气环境下峰时效态3J21合金疲劳行为

在MTS万能实验机上对室温大气环境下峰时效态3J21合金的疲劳行为进行研究,并采用扫描电镜(SEM)对宏观断口及微观断口进行分析。结果表明,峰时效态3J21合金的疲劳裂纹主要呈穿晶扩展,沿晶扩展的所占比例较小,疲劳裂纹萌生寿命较低,扩展路径比较平直,扩展速率较大,裂纹扩展抗力较小,疲劳寿命较低;峰时效态3J21合金疲劳断口由疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区组成。在低速扩展区,峰时效态断口呈现冰糖状花样,在中速扩展区未看到长的疲劳条纹,仅发现个别细且短小的疲劳条纹,瞬断区可观察到二次裂纹、准解理和韧窝。     

环境介质对ABS疲劳裂纹扩展的影响

本文研究了ＡＢＳ在环境介质中的疲劳裂纹扩展。结果表明：１）ＡＢＳ在空气中的疲劳裂纹扩展曲线满足Ｐａｒｉｓ定律。２）ＡＢＳ在水中的疲劳裂纹扩展速率有所下降，而在溶剂中的疲劳裂纹扩展速率上升的幅度随着与溶剂之间的溶度参数差值变小而减小。３）ＡＢＳ在溶剂中的疲劳裂纹扩展断口都存在三个区：两边是最先断裂的表面，相邻的是受到反复拉伸而断裂的银纹质，最后一个是突然断裂区。     

6005 A-T5铝合金搅拌摩擦焊接头组织与疲劳性能

本工作借助金相(OM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、硬度和高周疲劳试验,研究不同焊接参数对6005A-T5铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的显微组织与疲劳性能的影响.结果表明,焊接过程中焊核区(NZ)发生了动态再结晶,形成了尺寸细小的等轴晶粒,合金中的沉淀相发生回溶,NZ只存在尺寸细小、分布离散的GP区.热影响区(HAZ)晶粒形态和尺寸与母材基本相似,存在两种形态的沉淀相(β'相和Q'相).搅拌头转速越大或焊接速度越小,均会提高相应的焊接热输入,过高的焊接热输入会降低FSW接头在107循环周次下的疲劳强度.疲劳裂纹均在试样表面萌生,疲劳裂纹扩展初期为沿晶扩展,然后逐渐转变为穿晶扩展,断口形貌呈现解理断裂,最终失稳断裂转变为韧性断裂.     

氢气环境下2205双相不锈钢的氢致开裂研究

为了研究氢气环境下双相不锈钢疲劳裂纹萌生和扩展的影响规律,建立氢气环境下双相不锈钢疲劳应变组织演化—氢致开裂之间的关联机制,在5 MPa氢气和5 MPa氮气2种环境中对2205双相不锈钢试样进行了慢应变速率拉伸和疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明：在氢气环境下,2205双相不锈钢在慢应变速率拉伸过程中的氢脆敏感性不高,而在疲劳过程中氢脆现象显著,5 MPa氢气环境下2205双相不锈钢的疲劳裂纹扩展速率比氮气环境中的快18倍;氢气能够促进2205双向不锈钢疲劳裂纹尖端周围组织的局部塑性变形,并进一步导致氢致开裂。在氢气环境下2205双相不锈钢疲劳变形过程中,不同的相结构其氢致开裂机理也不同,铁素体相容易形成河流状花样断口形貌(解理断口),而奥氏体相断口形貌多呈现平行的滑移带特征,奥氏体相在铁素体相的解理开裂过程中对裂纹具有阻碍作用。     

室温大气环境下过时效态3J21合金疲劳行为

在MTS万能实验机上对室温大气环境下过时效态3J21合金的疲劳行为进行研究,并采用扫描电镜(SEM)对宏观断口及微观断口进行分析.结果表明,过时效态3J21合金的疲劳裂纹呈穿晶扩展和沿晶扩展,且沿晶扩展的比例较大,疲劳裂纹萌生寿命短,扩展途径相对平直,扩展速率大,裂纹扩展抗力小,疲劳寿命低;过时效态3J21合金疲劳断口...