TA5钛合金大厚板低周疲劳特性研究

本文给出了ＴＡ５钛合金的低周疲劳性能试验数据。研究了主冷凝器在循环载荷下，材料循环硬化或软化特性、应力与应变曲线以及应变与寿命的关系，并预示了低周疲劳寿命。此外，对疲劳断口进行了分析对比。     

AZ91D室温环境棘轮及其低周疲劳行为

通过AZ91D室温环境应力控制下的低周疲劳试验,对铸造镁合金棘轮及其低周疲劳行为进行了研究,讨论了室温环境下材料的应力循环特性、棘轮行为、塑性应变范围、全应变范围等疲劳参量随载荷水平和加载历史的变化规律,同时基于平均应力修正对材料的应力-寿命曲线进行了讨论。研究结果表明:AZ91D在室温环境下的应力循环呈循环硬化,材料的棘轮行为和塑性应变范围、全应变范围等疲劳参量依赖于载荷水平和加载历史,另外考虑平均应力修正后的应力-寿命曲线预测效果有明显改观。     

无铅焊料Sn-3.8Ag-0.7Cu的低周疲劳行为

测量了Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅焊料试样的循环滞后回线、循环应力响应曲线、循环应力-应变和应变寿命关系,研究了焊料在总应变幅控制下的低周疲劳行为结果表明:该焊料合金在总应变幅较高(1%)时发生连续的循环软化,而在总应变幅较低(≤0.4%)时则表现为循环稳定.线性回归分析表明,该焊料的低周疲劳寿命满足Coffin-Manson经验关系式,由此给出了焊料在室温下的低周疲劳参数.采用扫描电镜观测和分析了焊料在疲劳前后的组织特征.     

概率局部应力应变法

实际工程中的结构件往往具有多个不确定因素,包括材料、几何、载荷等。这些不确定因素导致构件的局部应力应变响应和疲劳寿命响应具有随机性。因此对低周疲劳分析中的局部应力应变法进行了概率分析。通过基本随机变量将诺伯法中的循环应力应变曲线(迟滞回线)和诺伯公式表示为概率曲线,基本随机变量反映了构件的不确定因素。通过建立近似拟合多项式的方法,求得局部应力应变的随机响应。将应变寿命曲线视为概率曲线,采用随机累积损伤理论,通过同样方法得到疲劳寿命的随机响应。算例表明结果与蒙特卡罗模拟的结果十分接近。该方法是一个简单有效的疲劳寿命概率分析方法。     

发动机涡轮盘的应变疲劳行为

研究了发动机涡轮盘材料在３０００ｈ应力时效后和未经长时时效状态下的低周疲劳行为，测定了循环稳定和单调拉伸应力－应变曲线，给出了应变－寿命关系。讨论了该材料的循环硬化（软化）特征。     

发动机用灰铸铁的低周疲劳行为

研究了发动机缸体用灰铸铁材料在室温、150℃和250℃下的低周疲劳行为。根据对拉伸应力-应变、循环应力-应变和应变-疲劳寿命数据的分析,给出了疲劳参数。结果表明:在高温下灰铸铁的弹性模量、强度降低,延伸率增大;循环应力响应表明,在较小的应变幅下经历初期循环硬化、循环软化、断裂,而在高温和较大应变幅下几乎没有硬化阶段,循环软化至断裂;其室温疲劳寿命最长,150℃最短,250℃居中。微观分析结果表明:疲劳裂纹萌生于片状石墨尖端、夹杂物及孔洞处,沿石墨扩展,夹杂物导致分支裂纹及裂纹偏转,延缓裂纹的扩展;灰铸铁的疲劳断裂方式为沿晶和准解理断裂的复合机制,存在扇形解理面和二次裂纹,解理台阶上观察到疲劳条带和韧窝。     

汽轮机转子10%Cr钢的高温低周疲劳特性

在分别控制应变和温度的条件下进行超超临界汽轮机转子10%Cr钢的高温低周疲劳实验,用SEM和TEM分析了10%Cr钢实验前后的表面形貌和亚晶粒结构。根据实验数据拟合应力-应变曲线、应力-寿命曲线和应变-寿命曲线,得到了反映材料高温低周疲劳特性的Ramberg-Osgood参数和Manson-Coffin参数。对比分析了低周疲劳实验初始和结束两个阶段的滞回曲线和应力-寿命曲线,并讨论了不同温度和不同应变幅控制的塑性应变。结果表明,在高温工况下10%Cr钢的塑性应变较为明显,随着应变幅的增大钢的疲劳寿命降低,随着循环周期的变化塑性应变速率经历了下降-过渡-上升三个阶段,曲线出现拐点。最大裂纹长度随循环周期呈非线性扩展,高温低周疲劳载荷使钢中的亚晶粒尺寸增大。     

细晶化和余热处理抗震钢筋的高应变低周疲劳行为分析

基于钢筋混凝土中钢筋在地震交变载荷下的失效模型,采用恒应变控制方式,室温下对细晶化和余热处理两种生产工艺得到的400MPa级抗震钢筋的高应变低周疲劳性能进行了研究。疲劳寿命数据用双参数威布尔统计方程处理后采用Coffin-Manson和Hollomon公式拟合。为了计算地震载荷下钢筋的能量吸收率,建立一个新的预测模型并命名为循环韧度。结果表明,相对于余热处理钢筋,细晶钢筋具有更高的循环韧度、低周疲劳寿命,以及疲劳过渡寿命。余热处理钢筋在±1%应变幅以上加速循环软化,这是由于其表层回火马氏体中二次裂纹在循环载荷下萌生并快速扩展造成的。细晶钢筋循环塑性应变均匀,裂纹开裂几率小,具有较好的高应变低周疲劳性能。     

不同环境下2D70铝合金低周疲劳性能的研究

对2D70 A1合金在试验室空气、湿空气、盐雾及盐雾+SO2 4种环境下进行低周疲劳试验,对比4种环境下的循环σ-ε曲线及应变-寿命曲线,得出结论:相同应变下,2D70 Al合金随腐蚀环境增强,循环应力降低;相同应变下,2D70 Al合金在盐雾及盐雾+SO2 2种环境下低周疲劳寿命相近,并且随着腐蚀环境的增强,低周疲劳寿命降低;腐蚀环境越强,材料疲劳损伤程度越大.研究结果,为预测飞机不同环境的低周疲劳寿命及对飞机腐蚀防护及耐久性设计提供参考.     

高强度钢超高周疲劳的研究进展

近年来,高速列车、汽车、航天器中的核心工程构件承受的疲劳循环已达108～1010周次甚至更高.目前的研究结果表明,高强钢材料在10 7周次以上的超高周疲劳阶段内仍会发生疲劳断裂,不存在传统的疲劳极限.因此,研究高强钢的超高周疲劳特性不仅有助于理解疲劳机理,而且有利于研究材料超高周疲劳设计及寿命评估方法.论述了高强钢超高周疲劳研究的背景和意义,介绍了近几年超高周疲劳的研究成果,包括S-N曲线的特征、裂纹萌生特征和扩展机理、断面上鱼眼形貌等,并给出了未来超高周疲劳的研究方向.     

退火42CrMo钢的棘轮-疲劳交互作用及其失效模型

在室温下,对退火42CrMo钢的单轴棘轮行为以及棘轮-疲劳交互作用进行了系统的实验研究。结果表明:非对称应力循环下产生的棘轮变形会缩短材料的疲劳寿命,材料在非对称应力循环下的低周疲劳寿命受到平均应力、应力幅值、最大应力和应力比等多种因素的影响。在对实验结果分析与讨论基础上,针对棘轮-疲劳交互作用,提出了一个基于最大应力和应力比的、简单而合理的疲劳失效寿命估算公式。该模型考虑了棘轮变形对疲劳寿命的影响。与实验结果的对比表明:该公式能较好的估算各种非对称应力循环下的低周疲劳寿命,所有计算结果均在2倍分散带内。     

考虑循环塑性修正的薄片材料低周疲劳试验方法

对N18锆合金和SAPH440板材采用薄片漏斗试样进行了室温下的等幅低周疲劳试验,基于局部应力、应变相等的疲劳损伤等效原理,建立了用于估算N18和SAPH440材料疲劳寿命的Manson-Coffin模型和循环应力-应变方程。对于符合Masing律的材料,提出了一种获得循环本构关系的新方法,用转子材料B65A-S在300℃高温下的低周疲劳试验进行了验证。通过基于标定循环本构关系的有限元分析,建立了两种材料薄片漏斗试样平均应力到漏斗根部轴向应力、测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。完成了SAPH440材料等直圆棒试样的低周疲劳试验,证明了采用薄片漏斗试样的低周疲劳测试新方法具有较高的精度。     

ZTC4（Ti-6Al-4V）铸造钛合金的室温低周疲劳行为

研究了ZTC4钛合金应变控制的室温低周疲劳行为,对循环应力-应变和应变疲劳寿命数据进行了分析,通过双对数线性回归处理,得出了Manson-Coffin处理模型的疲劳参数。结果表明：ZTC4钛合金总应变幅在0.6%～0.8%时,材料存在轻度循环软化的现象;总应变幅为0.4%～0.5%时,循环初期表现出循环硬化的现象,而后循环软化。合金的疲劳裂纹萌生于试样表面,裂纹扩展区存在明显的疲劳条带,合金疲劳断口呈现韧性断裂特征。     

缺口应力集中系数对TC4 ELI合金低周疲劳性能的影响

研究了缺口应力集中系数不同的深海潜水器耐压壳用TC4 ELI(Extra-low-interstitial)合金板材在恒总应变幅控制下的低周疲劳行为。结果表明,在应变幅较低(0.7%以下)和应变幅较高(0.8%和0.9%)条件下的光滑试样在循环初期分别发生了循环硬化和循环软化,而缺口试样在0.2%～0.7%应变幅条件下的循环初期均发生了循环硬化。通过循环载荷作用下材料滞回能的变化描述了TC4 ELI合金试样低周疲劳的损伤程度,得到了缺口应力集中系数与低周疲劳性能参数之间的关系,建立了相对裂纹萌生寿命预测模型。利用该模型能较好地预测缺口应力集中系数较低的TC4 ELI合金在高应变幅条件下的相对疲劳裂纹萌生寿命。     

温度对GH34钢低周疲劳性能的影响

本文用应变控制的低周疲劳试验方法,研究了室温、350、450和550℃下,燃气轮机叶轮用钢GH34的低周疲劳性能。试验表明,各温度下的循环应力——应变特性均为循环软化。试验温度提高,低周疲劳性能下降。由于蓝脆性的发展,450℃的低周疲劳性能迅速下降,接近550℃的低周疲劳性能。COFFIN—MANSON方程中的指数α随试验温度提高而增大。高温低周疲劳裂纹的扩展,主要为Ⅱ阶段扩展,在所采用的试验条件下,没有发现蠕变引起的治晶疲劳断裂。     

热障涂层对K417G合金高温低周疲劳行为的影响

研究了涂覆热障涂层的K417G合金800℃下由应变控制的高温低周疲劳行为,并对其循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析,给出了涂覆热障涂层K417G合金的高温应变疲劳参数。结果表明:K417G合金无涂层和涂覆热障涂层状态下的低周疲劳均属于应力疲劳,以弹性损伤为主;总应变幅较大时,涂覆热障涂层的K417G合金低周疲劳寿命稍优于无涂层的K417G合金。疲劳试样断口的微观分析表明:热障涂层对K417G合金低周疲劳裂纹萌生方式无明显影响;疲劳裂纹通常萌生于疲劳试样的表面或近表面,表现为穿晶扩展。     

高温对核电工程材料低循环行为的影响研究

对核电工程材料（钛合金T42NG与T225NG和主螺栓材料18Cr2NiWA)开展了室温与350度高温下的低周疲劳性能试验研究,获得了各材料单调R－O本构模型和M－C寿命估算模型,基于这些模型,研究了材料的循环强化与软化规律,了温度系数λσ,λΔσ,和λNf对钛合金静强度,循环强度和低周疲劳规律的影响效应;根据温度对寿命的影响系数λNf与应变幅Δε/2呈线性规律的重要发现,提出了考虑温度效应的用于高温低周疲劳寿命估算的λ－M－C模型,进而总结出一种现行方法更简便的高温疲劳试验方法。     

12Cr1MoV钢低周疲劳损伤研究

为了预测锅炉、压力容器的整体寿命,用连续介质损伤力学理论研究了工程材料的低周疲劳损伤演变过程.采用循环应力幅定义损伤变量D,根据有效应力概念,建立了低周疲劳各向同性连续损伤模型,并通过控制应变的疲劳试验,用该模型对锅炉常用材料12Cr1MoV钢试件进行了疲劳损伤的测量.研究表明,当循环进行到80%寿命时,损伤进入局部化阶段,宏观裂纹开始形成,较好地验证了损伤演变模型;所建立的模型形式简单,参数少,易测量,具有明确的物理意义,对锅炉的寿命估算有参考价值.     

Al-5.4Zn-2.6Mg-1.4Cu合金板材的低周疲劳行为

进行Al-5.4Zn-2.6Mg-1.4Cu合金板材的室温低周疲劳实验,对比研究了轴向平行于轧制方向(RD方向)和垂直于轧制方向(TD方向)试样的低周疲劳行为。结果表明：对于0.4%~0.8%的外加总应变幅,RD和TD方向合金试样的循环应力响应行为均呈现出循环稳定;对于相同的外加总应变幅,TD方向合金的循环应力幅值高于RD方向,而RD方向合金的疲劳寿命高于TD方向。对于RD和TD方向,Al-5.4Zn-2.6Mg-1.4Cu合金的塑性应变幅、弹性应变幅与载荷反向周次均呈线性关系。在低周疲劳加载条件下,裂纹在疲劳试样的自由表面以穿晶方式萌生和扩展。     

7050-T7451铝合金低周疲劳平均应力松弛规律

为了研究平均应变对7050-T7451铝合金低周疲劳力学行为的影响,开展了不同应变比(R=-1、-0.06、0.06和0.5)下的室温恒幅低周疲劳试验。结果表明:在对称循环应变下,材料总体表现为循环软化特征;而在非对称循环应变下,材料表现为初始硬化后的循环稳定行为。非对称循环应变导致了材料出现与应变幅相关的平均应力松弛现象。采用Landgraf模型和非线性Maxwell模型分别研究了7050-T7451铝合金的平均应力松弛规律。结果表明:Maxwell模型能够较准确地描述材料的平均应力循环松弛特征,而Landgraf模型更适用于低应变幅下的平均应力松弛描述。