高温低周疲劳裂纹扩展速率实验数据处理及其计算机程序

疲劳及疲劳裂纹扩展速率实验数据由于实验本身、材料、测量误差以及实验条件、环境等因素的影响,使之产生较大的分散性。为了定量地比较其优劣,必须借助于数理统计方法对其实验数据进行统计处理。 本文叙述了用电位法测定国产K5定向凝固、普通铸造合金分别在700和950℃空气介质中的低周疲劳裂纹扩展速率,以及分别用线弹     

显微组织对Ti-6Al-4V ELI合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响.用金相显微镜对不同热处理制度下该合金α和β转变组织的变化进行了观察分析.采用MTS-810低周疲劳试验机测试合金的裂纹扩展速率.通过Origin 6.0软件对数据进行处理并绘制裂纹扩展速率(△a/△N)与应力强度因子幅△K的关系曲线.结果表明:在Pairs区范围内,疲劳裂纹扩展速率对双态组织中初生α相含量的多少不敏感,而在近门槛区和快速扩展区,裂纹扩展速率对组织比较敏感;在本实验研究的条件下,细针编织状魏氏组织的da/dN<平直状片层组织的da/dN<双态组织的da/dN.     

温度因素对LY-12CS铝合金△K_(th)及da/aN的影响

本文用中心缺口拉伸试样(CCT试样)在空气介质中测试了LY-12CS铝合金从室温到250℃的疲劳门坎值△K_(th),以及200℃三种载荷比(R=0,0.33,0.67)条件下门坎值以上的裂纹扩展速率da/dN。结果表明: (1)在试验的温度范围内,随着温度的升高,门坎值△K_(th)也随着升高; (2)在250℃以下升高温度并不提高裂纹扩展速率da/dN,而是降低了da/dN。在三种载荷比条件卜,△K从7～12kg/mm~(3/2),室温的da/dN是200℃的1～3倍。     

QStE380TM SEW092钢疲劳性能研究

对QStE380TM SEW092材料进行疲劳试验,得到了应力-寿命曲线,当σ＞σ0.1时,N＝6.722×1041×σ-13.196,σ0.1＝335MPa;得到了应变疲劳特性△σ/2＝919(2Nf)-0.0923,△εp/2＝L 08(2Nf)-0.7599,△σ/2＝912(△εpp/2)0.1204.其裂纹扩展速率为当da/dN≥5×10-5mm/周,da/dN＝L 041×10-9(△K)3.3012;当da/dN＜5×10-5mm/周,da/dN＝3.747×10-12(△K)6.8595.     

温度对TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对TC4-DT损伤容限型钛合金在150℃,25℃下的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测试,给出了扩展速率和应力强度因子幅值△K之间的关系曲线.用SEM对2种温度下断口形貌进行了观测,实验结果表明,150℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率,25℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值;稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存,150℃的da/dN试样中的疲劳辉间距比25℃试样细;快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征,150℃的da/dN试样中的韧窝比25℃试样深.     

钢的屈服强度及平面应变断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率之关系的经验表达式

测定了5CrNiMo 及3Cr2W8V 钢的疲劳裂纹扩展速率 da/dN。讨论了钢的屈服强度σ_s 及平面应变断裂韧性 K_(1C)和 da/dN 之间的关系,提出了经验表达式:da/dN=A·(△K)~2/E·σ_s·(K_(1C)-K_(max))。根据一种热处理状态下的 da/dN/△K 关系便可计算获得同种钢在其它热处理状态下的 da/dN 值。     

LY-12CS铝合金在空气和盐水介质中△K_(th)和da/dN规律的研究

本文用中心缺口拉伸试样(CCT试样)测试了LY-12CS铝合金在室温空气和3.5％NaCl水溶液介质中三种载荷比(R=0,R=0.33,R=0.67)条件下的疲劳裂纹扩展门坎值△K_(th)及da/dN,结果表明: (1)在三种载荷比条件下,盐水介质比空气介质明显地降低了△K_(th)而提高了疲劳裂纹扩展速率da/dN。在我们试验的三种载荷比△K=7～15kg/mm~(3/2)范围内,盐水介质的da/dN是空气介质的1.6～3.4倍。 (2)在两种介质中,随着载荷比R(或平均应力)的增加,门坎值△K_(th)下降而da/dN增加。     

结构钢S355N及S355N-Z25的低温CTOD断裂韧性及其da/dN研究

分别采用三点弯曲SE(B)与紧凑拉伸C(T)试样,通过-20℃的低温裂纹尖端张开位移CTOD断裂韧性试验及疲劳裂纹扩展速率da/dN试验,研究了S355N及S355N-Z25结构钢的裂纹启裂与扩展的抗力.研究结果表明:S355N钢抵抗裂纹启裂及前期扩展的能力比S355N-Z25钢强,但前者抵抗裂纹后期扩展的能力比后者弱...     

疲劳裂纹在奥氏体/铁素体异种钢焊接接头中的扩展行为

采用三点弯曲试样研究了疲劳裂纹在奥氏体/铁素体异种钢焊接接头中的扩展行为与显微组织的关系,测得疲劳裂纹在Cr25Ni13/13CrMo44异种钢焊接接头中的扩展速率da/dN,并且讨论了疲劳裂纹扩展与显微组织之间的关系。实验结果表明,疲劳裂纹在异种钢焊接接头熔合区中扩展的路径,是接头中韧性最低的热影响区过热区,裂纹在铁素体材料侧,跟随熔合线并平行于熔合线5～25μm扩展,而马氏体层对疲劳裂纹有较大的抗力,疲劳裂纹的扩展路径主要受组织韧性的控制。疲劳裂纹在Cr25Ni13/13CrMo44异种钢接头的扩展速率为：da/dN=7.07×10-13(△K)3.863。     

基于概率统计理论的da/dN-△K曲线分析方法研究

通过对高强钢(10Ni5CrMoV)裂纹扩展速率试验结果中da/dN和ΔK两列数据进行对数插值,利用概率统计理论建立p-da/dN-ΔK曲线分析方法——da/dN-ΔK成组法,并与a-N统计法作了对比研究,结果表明:在有效ΔK范围内的任一可靠度p下,da/dN-ΔK法得到的p-da/dN值均比a-N法得到的p-da/dN值大,当ΔK为最大值100 MPa·m~(0.5)时,da/dN-ΔK法得到的p_(0.99)-da/dN值比a-N法得到的p_(0.99)-da/dN值约大25%;da/dN-ΔK法获得的p-da/dN-ΔK曲线与实际试验结果中da/dN、ΔK分布符合较好,是一种获得材料p-da/dN-ΔK曲线的有效方法。     

30Cr1Mo1V钢汽轮机转子高应力段的疲劳裂纹扩展速率

在某已服役了16 a的30Cr1Mo1V钢汽轮机转子的高应力段取样制作成紧凑拉伸试样,用MTS 810.50试验机进行室温和538℃下的疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明：该钢疲劳裂纹稳定扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率适用于Paris公式,室温下的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=2.2101×10-8（ΔK）2.9163,538℃下的疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=9.8794×10-8（ΔK）2.6844;对于30Cr1Mo1V转子钢,温度升高,疲劳裂纹扩展速率加快;30Cr1Mo1V转子钢在疲劳裂纹稳定扩展阶段存在转折点,将该阶段又细分为两段,经过转折点后疲劳裂纹扩展速率的增速减慢;与原始材料相比,已服役16 a的30Cr1Mo1V钢汽轮机转子高应力段材料的疲劳裂纹扩展速率增大。     

恒幅载荷下疲劳裂纹扩展速率试验的数据处理及寿命估算的ALGOL程序

本文叙述了疲劳裂纹扩展速率试验数据处理的ALGOL计算程序。 本程序有下列几个特点:用七点递增多项式法对裂纹长度a与循环数N的数据进行拟合,并对ASTM E647—78T中推荐的FORTRAN程序做了一些改进;可用Paris公式或Forman公式对紧凑拉伸试样(CT)或中心穿透试样(CCT)的数据进行处理;能按照线弹性判据自动筛选数据;对实验有效性检验,采用表征da/dN数据分散度的可变因子VF,VF=exp(4s),s为剩余标准离差;给出置信度为95％的概率分散带。 本程序计算结果,可列表打印以下参数:a,N;△K,da/dN;材料常数C,n(或m);[(1—R)K_c-△K]da/dN,△K;以及带裂纹试样的寿命估算值等等。 大量的实践表明:本文推荐的ALGOL计算程序,是处理分析疲劳裂纹扩展速率试验数据的简便而有效的好方法。     

铁素体不锈钢的疲劳裂纹扩展

本文用线弹性断裂力学法研究了 AISI409与18Cr—Nb 铁素体不锈钢在 25～649℃ (77～1200°F) 空气环境下的疲劳裂纹扩展 (FCP) 行为。疲劳裂纹扩展速率 (da)/(dN) 满足 Paris 关系:(da)/(dN)=C(⊿k)~n。室温下应力比 (R) 对(da)/(dN)的影响在低⊿k下较为敏感。(da)/(dN)随温度的提高和加载频率的减小而增加,但对18Cr—Nb,475℃(885°F)下的(da)/(dN)却高于538℃(1000°F)下的(da)/(dN),这与含Cr量高于15％时的475℃脆性有关。文中还测定了室温与高温下的材料常数c与n值。并对疲劳裂纹扩展机理进行了探讨。     

各种高强度钢在海水中的腐蚀疲劳开裂

对 HT80,Hy140,Hy180,Hy240,HP9-4-20,pH13-8Mo 以及18Ni(200)马氏体时效钢测定了在空气中(16.7赫兹)和海水中(0.167赫兹)的疲劳裂纹扩长速率(da/dN)_(air)和(da/dN)_(cor)。采用的应力比 R=0.10和0.50。用(da/dN)_(cor)/(da/dN)_(air)的比率γ_(0.167Hz)作为评定海水对疲劳裂纹扩展的影响程度。所得结果如下:(1)615℃回火的 Hy140钢和 HP9-4-20钢的γ_(0.167Hz)值较低。(2)全部试验用钢在 R=0.10时,⊿K=50～100公斤/毫米3/2γ_(0.167Hz)获得最大值。在⊿K<20～40公斤/毫米~(3/2)和⊿K>250公斤/毫米~(3\2)时,海水对疲劳裂纹扩展速率没有影响。(3)在较低裂纹扩展速率下,γ_(0.167Hz)取决于 K_(max)和⊿K,而在较高裂纹扩展速率下则取决于⊿K。γ_(0.167Hz)的最大值决取于K_(max)。(4)得到18Ni(200)马氏体时效钢的γ_(0.167Hz)和脆性断裂的断口率之间有良好的对应关系。     

HY-130钢在3.5%NaCl溶液中的短疲劳裂纹扩展

使用带有长度为0.4～2.5mm单侧裂纹的短裂纹试样在空气和3.5％NaCl溶液中进行了HY-130钢的疲劳裂纹扩展试验。发展了用直流电位差法连续检测短裂纹扩展。通过对长裂纹(长度大于10mm)的裂纹扩展速率与应力强度因子幅值(△K)之关系的比较,研究了在疲劳裂纹扩展中裂纹尺寸的化学诱发效应。一个长度为0.4mm的裂纹被认为是微观组织及力学意义上的长度,它在空气中呈现出与长裂纹相同的da/dN-△K关系,在3.5％NaCl溶液中,这种长度的裂纹比长裂纹扩展约快一倍。裂纹长度达1.1mm时,扩展速率与长裂纹的da/dN-△K曲线吻合,且根本不受应力幅值及应力比的影响。根据介质种类的输送方式,讨论了电化学裂纹模型。     

自回火对重轨钢疲劳裂纹扩展行为的影响

针对重轨钢在线淬火后自回火造成的抗疲劳裂纹扩展能力降低的问题,在淬火冷速分别为3℃/s、5℃/s、8℃/s,终冷温度为450℃条件下,研究了自回火对重轨钢疲劳裂纹扩展行为的影响,测算了疲劳裂纹扩展速率的Paris公式,采用扫描电镜及硬度计分别对自回火后钢轨的疲劳断口进行观察及硬度测试.结果表明:经过自回火后,钢轨的疲劳裂纹扩展速率增快、硬度降低,且自回火之前钢轨的淬火冷速越大,自回火后其硬度降低越显著,硬度的降低增加了裂纹扩展的可能性;自回火后钢轨在Ⅰ区的疲劳裂纹扩展速率远大于直接淬火试样,使钢轨疲劳裂纹扩展的整体进程缩短,这是疲劳裂纹扩展速率增快的重要原因.不同淬火冷速后的自回火试样在应力强度因子范围 ΔK(ΔK=Kmax-Kmin)为10 MPa·m1/2时,断口的疲劳辉纹、解理面和二次裂纹较少,河流花样数量较多、面积小、沟壑浅,而在ΔK=13.5 MPa·m1/2时,断口的疲劳辉纹间距增大,解理面和二次裂纹较多,河流花样数量增多、面积增大,疲劳裂纹扩展速率da/dN较快.     

SA387GR.11CL.12钢单面焊对接接头的疲劳裂纹扩展性能评定

就ASME锅炉压力容器规范的SA387GR.11CL.12钢的单面焊对接接头进行了疲劳裂纹扩展试验,得到在用含缺陷压力容器的安全评定用的da/dN与ΔK的关系式为:da/dN=15.0×10~(-9)ΔK~(3.34),它与GB/T 19624-2004推荐的公式相比,在相同的ΔK下,扩展速率要比推荐值大。因此对其进行安全评定时不建议采用GB 19624-2004推荐的公式。     

挤压SiCw／LD2复合材料的疲劳裂纹扩展

本文测量了挤压19％(Vol)SiCw/LD2复合材料疲劳裂纹扩展的门槛值ΔK_(th)和扩展速率da/dN。并在扫描电镜下观察了疲劳断口形貌。结果表明,复合材料在门槛值附近和中速扩展区的疲劳裂纹扩展抗力高于基体材料LD2合金。复合材料纵向试样于170℃时效后的疲劳裂纹扩展抗力高于150℃时效,疲劳裂纹扩展扩展过程包括不在一个面内的微裂纹长大和联接这些微裂纹的(Ⅰ+Ⅱ)复合型裂纹的扩展。与裂纹相垂直的晶须有效地阻碍了微裂纹的长大。     

船用螺旋桨铜合金组织比例与性能之间的定量关系——定量金相技术在船用螺旋桨铜合金中的应用

本文采用定量金相技术,对不同锌当量、铝当量熔炼的ZHMn55-3-1、ZQAl12-8-3-2吉尔试样中a相含量作了较精确的计算。同时选择了不同a相含量的试样,系统的完成了常规力学性能与疲劳性能试验,并且研究了组织比例与性能之间的定量关系。其中疲劳试验是模拟螺旋桨在交变应力下的受力状态,采用低周疲劳进行裂纹扩展试验,测得(da/dN)-ΔK曲线,根据裂纹扩展速率da/dN来估算不同a相含量的疲劳裂纹扩展寿命。就所测得的各种性能数据来看,两者之间的定量关系具有明显的变化规律,且表明黄铜ZHMn55-3-1中a相为25%左右,青铜ZQAl12-8-3-2中a相为60%～70%左右,能获得合金最佳的综合性能。     

热处理状态对2.25Cr1Mo钢断裂韧度和裂纹扩展速率的影响

分析了不同热处理状态对2.25Cr1Mo钢断裂韧度(KJIC)和裂纹扩展速率(da/dN)的影响.结果表明,经730℃回火后2.25Cr1Mo钢的断裂韧度有较大的提高,裂纹扩展速率则无明显变化.