过载对ZG20 SiMn腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究

以混流式水轮机叶片常用材料 ZG20SiMn 为对象,采用标准紧凑拉伸试样和浸水腐蚀的方式,研究不同过载对腐蚀疲劳裂纹扩展速率[da/dN]_(CF),的影响规律,分析了影响过载效应的因素,从力学角度讨论了过载效应产生的机理。     

船用螺旋桨铜合金的腐蚀疲劳性能

本文模拟船用螺旋浆的受力状态及工作环境,采用小试样,低应力的高周疲劳进行裂纹扩展试验,来研究螺旋浆铜合金材料的腐蚀疲劳性能。重点测定裂纹扩展速率da/dN,并通过da/dN来估算疲劳裂纹扩展寿命,评定五种铜合金的优劣。探讨了它们的常规力学性能与腐蚀疲劳能之间的关系。对腐蚀疲劳断口进行了分析。同时比较了黄铜的锌当量及晶粒度对腐蚀疲劳性能的影响。     

应用J积分法测定40CrNiMoVA(ESR)钢的低周疲劳裂纹扩展速率

采用控制恒应变幅的方法,测定了40CrNi3MoVA(ESR)钢的低周疲劳裂纹扩展速率。根据裂纹长度和对应的载荷大小求得循环J 积分(△J),与扩展速率(da/dN),得出da/dN=4.26×10~(-5)(△J_t)~(1.161)其中[da/dN]=[mm/cycle],[△J_t]=[KN/m]实验表明,J 积分可以用于低周疲劳裂纹扩展的研究。     

喷丸对结构钢疲劳裂纹萌生与扩展的影响——兼论表面存在脱碳层机件喷丸后的疲劳性能

本文研完了喷丸对结构钢疲劳裂纹萌生与扩展的影响及其与材料基本性能的关系,并探讨了脱碳试样喷丸后的疲劳性能。采用三点弯曲试样,对20SiMn2MoVA、35CrMo、50CrMo三个钢种的喷丸与未喷丸试样进行了疲劳试验。结果表明,喷丸处理能大幅度延长无裂纹寿命N_i;在裂纹不深时,喷丸对降低裂纹扩展速率da/dN也有较显著作用。N_i主要取决于喷丸前材料的屈服强度σ_y和形变强化指数n,以及喷丸后表面残余应力σ_r和表面硬度。本文还用吊环实物疲劳试验数据验证了喷丸对表面存在脱碳层机件疲劳寿命的影响。     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率的研究

针对高强钢在硫化氢环境中腐蚀疲劳数据极为缺乏的现状,研究高压气瓶材料4130X在硫化氢腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率.结合气瓶实际运行的环境和应力状态,应用改进型WOL(wedge-opening-loading)试样,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上,完成0.006 7 Hz超低频率下饱和H_2S溶液、中等浓度H2S溶液和空气三种环境下的腐蚀疲劳试验,并用Paris公式进行两段式拟合,得出da/dN-ΔK的数学表达式.将试样微观断口的变化与宏观应力强度因子K的变化进行对比研究,给出不同环境中三个阶段K值的定量结果.结果表明:相同条件下,H_2S环境中的疲劳裂纹扩展速率比空气环境中大20倍以上;但当H_2S浓度达到一定范围后,对da/dN影响并不按比例增长,浓度相差11倍时,da/dN相差2.4倍,H_2S腐蚀介质的存在加速了疲劳破坏.     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率da/dN的研究

研究了4130X钢在硫化氢(H2S)腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率da/dN。应用改进型WOL试样,采用符合实际工况的中等浓度200×10-6的H2S溶液、0.0067 Hz的超低周频率,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上进行了试验。在恒定疲劳载荷谱作用下,采用三保险的位移测量装置,利用计算机自动采集系统,时时采集载荷及位移,用柔度方程求解试样瞬时裂纹长度。克服了表面直读法在腐蚀环境中不易观测裂纹长度的缺点,对所有试验数据,以KISCC为分界线,用Paris公式进行两段式拟合,给出了da/dN—ΔK的数学表达式,为确定气瓶的临界裂纹尺寸提供了试验依据。文中还将本试验结果与相关文献中其它硫化氢环境及空气中的疲劳裂纹扩展速率结果进行了比较。结果表明:H2S环境中裂纹扩展速率远大于空气中结果,不同环境、频率对da/dN有较大影响。     

各种钢的疲劳裂缝扩展性能

进行了各种钢的疲劳裂缝扩展的研究。用碳钢、低合金钢、不锈钢和铸钢做成中心缺口的板状试样并承受0～拉伸应力的循环载荷,测定了疲劳裂缝的扩展率da/dN,并与裂缝端部的应力强度幅度相联系。研究了这些钢种的da/dN与ΔK之间的关系。表面缺口试样也用于研究在拉伸、弯曲和内压的循环载荷下,表面(部份穿透的)     

国产CF62钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率

研究了新钢种国产CF62钢与日本对比钢种（WEL-TEN62CF）在海水介质中的低周腐蚀疲劳裂纹扩展速率da/dN，得出的da/dN～△K曲线可用Paris公式表达，符合腐蚀疲劳裂纹扩展速率的一般规律。国产新钢种CF62与日本对比钢种的da/dN基本相当，试验表明该钢在海水腐蚀条件下有较好的抗裂纹扩展性能。     

疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究

利用扫描电镜观察疲劳门槛值区试样的裂纹表面形貌,研究了疲劳门槛值区裂纹扩展模式的分布,分析了裂纹扩展模式的变化对疲劳裂纹扩展速率da／dN的影响。结果表明,断口形貌存在面型断裂（沿晶或穿晶）（Faceted Fracture,FF）,面型断裂分数（Percentageof Faceted Fracture,PFF）最大值出现在循环塑性区尺寸接近原始奥氏体晶粒直径时。通过比较循环塑性区尺寸与晶粒尺寸,随着应力强度因子幅值AK的降低,裂纹先以辉纹型模式扩展,在PFF达到最大值后,裂纹以晶体学模式扩展。辉纹型模式扩展时,PFF的变化对da／dN影响不大;晶体学模式扩展时,由于FF诱发裂纹闭合,从而降低da／dN。     

应变疲劳da/dN的测定及其与J积分关系的探讨

本文进行的恒应变疲劳(恒裂纹嘴张开位移幅疲劳)较成功地测定了16Mn钢材单边裂纹的应变疲劳扩展速率,并运用EPRI提供的弹塑性评定公式,计算了应变疲劳裂纹扩展过程中,不同裂纹长度所相应的J积分值,得出了da/dN与⊿J的指数规律关系式。即对16Mn钢材单边裂纹平板试样有: da/dN=1.3×10~(-7)(⊿J)~(2.06)     

两种工程结构用钢疲劳裂纹扩展速率的试验研究

对工程结构用钢20MnHR、A508-Ⅲ焊缝和热影响区的疲劳裂纹扩展速率进行了试验研究。试验采用CT试样，用七点递增多项式法求(da/dN)i与(△K)i，并分别将焊缝和热影响区同一组多个试样的(△K)i和(da/dN)i数据点合在一起进行整体回归分析。试验中得列了20MnHR疲劳裂纹扩展速率的斜率转折点，分别测出了平面应变区和平面应力区的Paris表达式。试验分析说明，以平面应变性质为基础的Paris表达式应用于实际工程结构较为安全。     

计算疲劳裂纹扩展速率da/dN的新方法

计算疲劳裂纹扩展速率da/dN的方法已经提出了若干种,国内外广泛应用的是美国材料试验学会(ASTM)推荐的七点递增多项式法。本文提出了计算da/dN的新方法——指数函数滑动拟合法,该方法是用二级指数函数 y=β_0 β_1β_1e~xβ_2e~(2x) 对已知数据进行滑动拟合,逐点计算da/dN。与七点递增多项式法相比,这种方法具有计算稳定性好、精确度高等优点,而计算复杂性则相同。     

GC—4超高强度钢应力腐蚀裂纹扩展特性

采用BL-WOL楔力加载平面应变断裂试样,研究了GC-4(40 CrMnSiMoVA) 超高强度钢在3.5％NaCl溶液和蒸馏水中的应力腐蚀裂纹扩展特性,测定了不同试验条件下的应力腐蚀开裂门槛值K_(ISCC)和裂纹扩展速度(da/dt)_(II)。结果表明,在环境介质中的应力强度因子门槛值K_(ISCC)仅及该钢断裂韧性K_(IC)的1/5～1/4。介质成份、电极电位、环境温度及热处理规范等都对裂纹扩展速度(da/dt)_(II) 有显著影响。分析表明,氢脆是导致GC-4.钢应力腐蚀开裂的重要原因之一。     

关于疲劳裂纹扩展定量预测的研究

随着断裂力学在金属疲劳中的应用,疲劳裂纹扩展日益受到重视。疲劳裂纹扩展涉及由弹性、塑性变形、加工硬化、循环塑性损伤集累到断裂整个过程综合性作用。本文根据循环塑性损伤和循环伸张断裂区的概念提出一个裂纹扩展模型。用具有同样循环应变的光滑试样模拟裂纹尖端的循环塑性损伤,根据Coffin—Manson关系作断裂判据,裂纹微观不连续断裂是裂纹尖端局域循环塑性损伤的结果。用宏观统计处理得出中等⊿K范围稳态裂纹扩展速率。 da/dN=0.28/(1 n)σ_~2·[2/Eε_f′(πρ)~(1/1)~*]~(-1/c)·(1-R)(-1/c)-2·⊿K_1~(2-)(1/c)或da/aN=0.28/(1 n)σ_~2·[σ_(1 ν)/E】~(1 n·)[2~(-c)/K_(1c)]~(-1/c)·(1-R)~((-1/c)-2)·⊿K_1~(2-)(1/c) 以所提模型预测的疲劳裂纹扩展速率与中、低强度钢、铝合金和钛合金的实测值相当一致,并解释一些实验规律,因此所提的模型及裂纹扩展预测是合理的。     

ADB610钢焊接接头中疲劳裂纹的扩展速率

对新型ADB610低碳贝氏体钢进行了焊条电弧焊接,采用柔度法得到了焊接接头裂纹长度(a)和循环寿命(N)的关系曲线;根据a-N曲线采用一次七点递增多项式拟合方法计算了母材、热影响区和焊缝的疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并和应力强度因子范围(ΔK)数据进行回归拟合,得到了以Paris公式表达的焊接接头各区域的疲劳裂纹扩展速率表达式。结果表明:在疲劳裂纹扩展的初期和中期,焊缝的裂纹扩展速率最慢,母材区裂纹扩展速率最快;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展速率相近。     

φ2000mm球形容器接管部位疲劳扩展试验研究

本文对带有预制接管焊缝裂纹和拐角裂纹的大型实物球形容器进行了疲劳试验研究。试验中采用的降载勾线技术是成功的。试验结果表明:接管部位疲劳裂纹扩展速率在1×10~-3mm/C左右,da/dN可由Δ_(Jeff)较好地描述。     

显微组织对中碳钢疲劳裂纹扩展的影响

本文试验研究了45 Cr 钢淬水,200℃回火态和40 MnB 钢淬水,200℃、500℃回火态的疲劳裂纹在第一、第二扩展阶段的扩展。试验结果表明,当疲劳裂纹处于第一扩展阶段时,两种钢在200℃回火态的疲劳裂纹主要是穿晶扩展,它们的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)和门槛值(△K_(th))基本相同。当疲劳裂纹进入第二扩展阶段后,晶界状态对疲劳裂纹扩展的影响明显起来。硼具有韧化200℃回火态组织晶界的作用,致使40MnB 钢的疲劳裂纹不优先沿晶界扩展。而45Cr 钢,疲劳裂纹优先沿高畸变能的晶界扩展,疲劳裂纹沿晶扩展速率加快,所以得到40 MnB 钢的da/dN<45Cr 钢的da/dN 的结果。当40MnB 钢500℃回火态的疲劳裂纹处于第一、第二扩展阶段时,均是穿晶扩展,断口上有明显疲劳条纹,裂纹扩展途径弯曲度大,从而使其在两个扩展阶段的da/dN 均低于两种钢200℃回火态的da/dN,△K_(th)值高于两种钢200℃回火态的△K_(th)值。     

SPV490Q钢焊接接头在不同浓度硫化氢溶液中的应力腐蚀开裂行为

对SPV490Q钢焊接接头的楔形张开加载(WOL)预裂纹试样在不同浓度硫化氢溶液中进行了应力腐蚀试验,测定了焊缝的应力腐蚀临界应力强度因子KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt。结果表明:随着H2S浓度的升高,SPV490Q钢焊缝的应力腐蚀临界应力强度因子KISCC下降,应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt增大,焊接接头的应力腐蚀抗力降低。     

TLVW1114Ti钢疲劳特性研究

对TLVW1114Ti材料进行了疲劳试验,得到了应力 寿命曲线,当σ>σ0.1=402MPa时,N=4.102×1044σ-14.501;得到了应变疲劳特性Δσ/2=1006(2Nf)-0.0998,Δεp/2=1.1758(2Nf)-0.7487,Δσ/2=977.7(Δεp/2)0.1321;当da/dN≥5×10-5mm/周,其裂纹扩展速率为da/dN=2.2364×10-9(ΔK)3.1541,当da/dN<5×10-5mm/周,da/dN=1.54147×10-14(ΔK)8.644。     

da/dN实验数据的一种处理方法

一、引言关于裂纹疲劳扩展速率,近年来研究很多。目前关于da/dN的数学表达式已有数十种之多。其中最为常用的是Paris提出的半经验公式: da/dN=C(ΔK)~m (1)