2E12铝合金的疲劳性能与裂纹扩展行为

研究了2E12合金在不同应力水平下的疲劳性能及疲劳裂纹扩展速率,采用透射电镜和扫描电镜观察了该合金的微观组织和断口形貌特征.结果表明:高纯2E12合金具有良好的耐损伤疲劳性能,当应力比R=0.1时,疲劳强度σ=172 MPa,R=0.5时的疲劳强度σ=280 MPa,比R=0.1时提高了60%,缺口的存在降低了疲劳强度.R=0.1,△K=30 Mpa·m1/2时,da/dN约为2.7×10-3 mm/周,比国产2024合金裂纹扩展速率(6.5×10-3 mm/周)低60%左右.2E12合金疲劳断口由裂纹源区、裂纹扩展区及瞬断区三部分组成,裂纹萌生一般位于试样表面应力集中处或不同类型的缺陷部位.     

回火温度对40Cr钢疲劳裂纹扩展的影响

本文采用三点弯曲压-压疲劳实验方法测量了40Cr钢不同温度回火后疲劳裂纹长度与循环周次的关系曲线。结果表明,低温回火后,40Cr钢在缺口处的起裂抗力高,一旦萌生了一定长度的疲劳裂纹,疲劳裂纹扩展速率明显高于高温回火和中温回火试样;随着回火温度的升高,40Cr钢在缺口处的起裂抗力减小,但疲劳裂纹扩展速率也减小。疲劳断口微观分析表面,在疲劳裂纹扩展初期,低温回火试样的疲劳断口表现出脆性疲劳纹特征,中温回火和高温回火试样主要是二次裂纹组成的疲劳纹,而且随着回火温度的升高,二次裂纹间距减小。在疲劳裂纹扩展中区和瞬断区,低温回火的疲劳断口主要为解理断裂和沿晶断裂特征,中温和高温回火的疲劳断口是以韧窝为主的韧性断裂特征。疲劳裂纹扩展机理的不同导致了疲劳裂纹扩展规律的变化。     

铁基粉末冶金合金的高周和超高周弯曲疲劳行为

通过在基粉中添加430L不锈钢粉的形式引入铬元素,采用粉末冶金工艺制备Fe-1.65Ni-1.4Cu-1Cr-0.5Mo-0.6C铁基合金,并进行了硬化和回火热处理,研究了该合金在105～108循环周次下的弯曲疲劳行为。结果表明:试验合金的高周和超高周弯曲疲劳曲线是连续下降的,没有出现疲劳平台;疲劳断口的裂纹为多源萌生,在高应力幅作用下裂纹在试验合金表面和次表面的缺陷处萌生,在低应力幅作用下裂纹主要在试验合金内部缺陷处萌生;裂纹扩展区有明显的疲劳辉纹特征,与低应力幅作用下的相比,在高应力幅作用下的疲劳辉纹间距较大,裂纹扩展速率较快;瞬断区主要由解理面和小韧窝组成,与高应力幅作用下的相比,在低应力幅作用下的解理面增多,韧窝数量减少,脆性断裂的特征更加明显。     

球墨铸铁疲劳裂纹萌生及扩展机制的探讨

用电子显微断口分析和裂纹扩展途径的金相观察,探讨了不同珠光体和铁素体相对量的球墨铸铁的疲劳断裂机制,特别是疲劳裂纹萌生及早期扩展机制。结果表明：疲劳裂纹容易在石墨球和基体之间的界面萌生和扩展,石墨球边及基体中的次生裂纹对da/dN的影响有两重性。在疲劳裂纹萌生及早期扩展阶段,铁素体基本以周期解理和细条纹为主,珠光体基体为渗碳体解理和铁素体片上的疲劳条纹,80%珠光体球铁为上两种机制的混合。疲劳裂纹早期扩展速度为△K (th)所控制,疲劳裂纹孕育期N 0为σ s和△K (th)所控制。光棒或钝缺口下的N 0主要取决于σ s,尖锐缺口试样的N 0主要取决于△K (th)。在疲劳裂纹稳定扩展阶段,铁素体为疲劳条纹,珠光体为条纹与解理,80%珠光体中牛眼铁素体为条纹和晶间断。疲劳条纹的宽度能反映da/dN的变化,但两者往往不一致。疲劳裂纹快速扩展为条纹与静断特征混合,快速扩展速率受K (1c)的大小所控制。     

不同温度淬火对45钢疲劳裂纹扩展行为的影响

对不同温度(760,800,840℃)淬火+350℃回火处理的45钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验,得到了疲劳裂纹扩展速率曲线,研究了淬火温度对其疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:与840℃淬火(常规淬火)后的相比,760,800℃亚温淬火后试验钢组织中存在未溶铁素体,且800℃亚温淬火后的马氏体组织细小,韧性较好;试验钢的疲劳裂纹扩展速率曲线在裂纹稳定扩展阶段符合Paris公式,随着淬火温度的升高,裂纹扩展速率减小;疲劳断口分为裂纹低速扩展区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个区域,800℃亚温淬火后的低速扩展区相对平坦,稳定扩展区则比较粗糙,存在准解理形貌,瞬断区有明显的撕裂棱、剪切唇和韧窝形貌,高度差达到283.9μm左右,韧性断裂所占比例较大。     

组织特征对GH864合金裂纹扩展行为的影响

测试不同热处理条件下GH864合金在650℃空气中疲劳/蠕变交互作用下的裂纹扩展速率,分析热处理制度及组织特征对合金裂纹扩展速率的影响.通过组织分析试验、裂纹扩展速率试验和断口形貌分析,对比不同组织状态下GH864合金的微观组织及裂纹扩展行为,并用Paris公式对裂纹扩展速率的结果进行描述.结果表明:热处理后合金的裂纹扩展速率都明显降低;晶粒度对合金的裂纹扩展速率影响较大,且粗晶组织能显著降低裂纹扩展速率;晶界析出相对裂纹扩展速率有较大作用,而强化相γ'相大小对裂纹扩展速率影响不明显.从组织形貌及断口分析可较好解释不同热处理制度裂纹扩展速率曲线的试验结果.具有疲劳条纹特征断口对应较慢的裂纹扩展速率,而沿晶断裂对应较快的裂纹扩展速率.     

β相锻造加工工艺中固溶温度对Ti6242合金保载疲劳性能的影响

对Ti6242钛合金进行不同固溶温度(960,980℃)下的β相锻造加工,研究了不同固溶温度下合金的显微组织和拉伸性能,以及高峰值应力下的低周疲劳与保载疲劳性能。结果表明：不同固溶温度下β相锻造后Ti6242合金组织相似,均由网篮组织、晶内α相片层组织和羽毛状α相集束组织组成,960℃固溶温度下羽毛状α相集束多于980℃固溶温度下。与960℃固溶温度下β相锻造后相比,980℃固溶温度下β相区锻造后合金的强度较高,断后伸长率略低,低周疲劳寿命明显较低,保载疲劳敏感系数较低;980℃固溶温度下合金的保载疲劳寿命约为960℃固溶温度下的1.3倍。不同固溶温度下β相锻造后低周疲劳断口的疲劳特征明显,均由疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区组成,而保载疲劳断口均由韧窝和疲劳条带组成,呈现出一种以蠕变断裂为主、疲劳断裂为辅的断裂模式。     

T7951二次时效对7055铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

通过疲劳裂纹扩展速率试验和扫描电镜观察研究了T7951二次时效对室温空气环境下7055铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:经二次时效处理后,该铝合金的裂纹扩展速率有所降低;二次时效前后铝合金疲劳断口的裂纹稳定扩展区均为准解理断裂,且均出现平行的疲劳条纹;二次时效前铝合金出现二次裂纹,其疲劳条纹间距大于二次时效后的;二次时效前后铝合金疲劳断口的瞬断区均为韧窝型穿晶断裂。     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展行为研究

材料的疲劳寿命由裂纹形成寿命和扩展寿命两部分组成。针对航空发动机涡轮盘用GH4133B合金,进行室温下不同应力比的疲劳裂纹扩展试验,测试疲劳裂纹扩展门槛值。Paris公式回归分析结果表明,裂纹扩展速率随应力强度因子和应力比的增大而增大,含门槛值的修正Paris公式能精确描述疲劳裂纹扩展行为。利用光学显微镜在线观测裂纹扩展路径,并利用扫描电镜考察试样断口微观形貌。结果发现,随应力强度因子增大,裂纹扩展路径由平直变得曲折。在疲劳裂纹萌生区、稳定扩展区和快速扩展区,断裂表面依次呈现为解理断裂、疲劳条带和沿晶韧窝混合断裂模式。基于断口反推理论反推载荷和裂纹扩展方程,结果表明,利用反推方程预测疲劳裂纹的扩展,可有效防范疲劳断裂的发生。     

Fretting fatigue crack initiation and propagation behavior of Inconel 690 alloy

Several studies have been conducted on the fretting fatigue limit characteristics of Inconel alloy tube material used in steam generators of nuclear power plants. Nevertheless, additional research on fretting fatigue crack initiation and propagation behavior is necessary in order to evaluate its fretting fatigue life more accurately. In this study, crack growth tests of fretting fatigue are conducted, and the characteristics of fatigue crack initiation and propagation are analyzed on Inconel 690 alloy. Also, plain fatigue crack growth tests are performed on the same material, and the results are compared with those of fretting fatigue crack growth tests. From both of the plain and fretting fatigue crack growth test results, the ΔK-da/dN diagrams are obtained and the crack growth rates are compared. It is found that the crack growth rate for fretting fatigue tests is faster than that for plain fatigue tests under a certain value of DK. However, over this value of DK, the crack growth rate for fretting fatigue tests becomes slower than that for plain fatigue tests due to debris which is produced by fretting and trapped in the propagated cracks. Finally, the fracture surfaces examined by an optical microscope, and the initiation angles of the oblique cracks are determined under various applied stresses. Also, the microstructure of the fracture surfaces is observed by a Scanning electron microscopy (SEM).     

基于疲劳短裂纹行为的疲劳寿命估算方法

在疲劳短裂纹形成和扩展行为基础上，提出了一种疲劳寿命估算方法。计算结果表明，该方法具有满意的预测精度。     

A new methodology for predicting crack initiation life for rolling contact fatigue based on dislocation and crack propagation

A new methodology for predicting crack initiation life is presented and validated experimentally. The methodology considers that the total fatigue life is the summation of crack initiation life and crack propagation life, since fatigue failures are due to crack initiation and crack propagation. It has been established that the crack propagation life can be estimated based on a modified Paris’ law when the size of crack is larger than a certain value. However, there has been no verified method for estimating the crack initiation life with good accuracy. The proposed methodology for predicting the crack initiation life is based on a dislocation model, and the constants for the model are determined by the crack initiation lives obtained by a new approach. This new approach determines the crack initiation life by subtracting the predicted crack propagation life from the experimentally obtained total fatigue life. The developed crack initiation life model is combined with a crack propagation life model for the prediction of fatigue life. It is noted that the standard deviation in the ratios of experimental life to predicted life by the developed fatigue life model is only 14% of that by the International Standard.     

缺口疲劳裂纹的萌生和扩展

本文使用AI-4Zn-2.5Mg-1.5Cu高强度铝合金研究了缺口疲劳短裂纹的萌生和扩展。结果表明,缺口有效应力强度因子可以用试验方法标定,它是缺口几何形状、裂纹尺寸和材料组织特征参量的函数。试验标定的缺口有效应力强度因子可以用来定量描述缺口短裂纹的萌生和扩展。     

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。     

Fretting fatigue analysis using a fracture mechanics based small crack growth prediction method

A complete life model for the nucleation and growth of a fretting fatigue crack has been developed. The nucleation of a fretting crack is predicted by superimposing the crack growth rate experienced under fretting conditions onto S–N fatigue data for the alloy. The growth model utilizes small crack growth rate data and a fretting fatigue stress intensity factor to account for the small crack sizes and higher stresses experienced under fretting fatigue conditions. The development of the propagation model within the established fatigue crack growth code AFGROW allows this approach to be readily used by members of the aerospace industry.     

铝硅钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

以电解铝硅钛中间合金为主要原料，熔炼与ZL101A合金成分基本相同的合金AST101，对比研究了AST101和ZL101A合金的疲劳裂纹扩展行为。在应力比R=0.1和0.5的试验条件下，AST101合金的抗疲劳裂纹扩展能力不如ZL101合金。金相分析表明，AST101合金的铁含量较高，在合金中形成了脆性针状富铁相，该相自身的断裂和与基体的脱粘促进了合金疲劳裂纹的扩展，此外，AST101合金的微观组织特性影响了疲劳裂纹的闭合程度，也降低了合金的抗疲劳裂纹扩展能力。     

不同应力比下U75V轨道钢疲劳裂纹扩展行为研究

对高速铁路常用轨道钢U75V进行了不同应力比下的疲劳裂纹扩展门槛值测试和疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,应力比对U75V轨道钢的裂纹扩展行为有着显著影响。利用分级降载法测得的疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小,裂纹扩展速率随应力比的增大而增大。对裂纹断口微观形貌进行了细致观察分析,发现整个疲劳断口分布有凸条纹棱线。疲劳门槛值附近出现沿晶体学平面的穿晶小刻面;低扩展速率区凸条纹棱线平行排列,棱线方向与珠光体片层方向一致;高扩展速率区的棱线出现弯曲及碎裂,同时伴有解理断面及二次裂纹。