超高强度钢喷丸表面残余应力在疲劳过程中的松弛规律

对超高强度钢23C014Ni12Cr3MOE进行了喷丸强化，采用X射线衍射应力分析方法研究了旋转弯曲疲劳过程中喷丸表面残余应力的松弛变化规律。结果表明，在疲劳循环过程中，残余应力的松弛主要发生在疲劳的初始循环100周次内，疲劳循环100周次后残余应力基本稳定在某一个应力水平上，而且其中的大幅度松弛发生在疲劳的初始循环10周次内。对比不同应力水平下的松弛行为，在疲劳极限以上的应力水平下，残余应力松弛的幅度和速率都较大。对喷丸后的试样在疲劳试验前先进行200℃／2h的保温提前应力松弛处理，然后再进行疲劳试验，200℃／2h的保温处理可降低残余应力松弛的幅度和速率甚至在低于疲劳极限的应力水平时只发生小的松弛或不发生松弛。但由于喷丸强化试样疲劳裂纹往往从次表层萌生，表面残余应力的松弛只能作为评价材料疲劳性能的一个参考数值，在工程应用时不能只依据表面残余应力来判定材料的疲劳性能。     

超高强度钢喷丸表面残余应力在疲劳过程中的松弛规律

对超高强度钢23Co14Nil2Cr3MoE进行了喷丸强化,采用X射线衍射应力分析方法研究了旋转弯曲疲劳过程中喷丸表面残余应力的松弛变化规律.结果表明,在疲劳循环过程中,残余应力的松弛主要发生在疲劳的初始循环100周次内,疲劳循环100周次后残余应力基本稳定在某一个应力水平上,而且其中的大幅度松弛发生在疲劳的初始循环10周次内.对比不同应力水平下的松弛行为,在疲劳极限以上的应力水平下,残余应力松弛的幅度和速率都较大.对喷丸后的试样在疲劳试验前先进行200℃/2h的保温提前应力松弛处理,然后再进行疲劳试验,200℃/2h的保温处理可降低残余应力松弛的幅度和速率甚至在低于疲劳极限的应力水平时只发生小的松弛或不发生松弛.但由于喷丸强化试样疲劳裂纹往往从次表层萌生,表而残余应力的松弛只能作为评价材料疲劳性能的一个参考数值,在工程应用时不能只依据表面残余应力来判定材料的疲劳性能.     

7075铝合金喷砂表面残余应力在疲劳过程中的松弛规律

对7075高强铝合金进行喷砂强化,采用X射线衍射法研究循环载荷作用下疲劳过程中喷砂表面残余应力的松弛规律。结果表明,残余应力的松弛主要发生在疲劳过程开始的100个周期内,其中大幅度松弛发生在初始10个周期内,1000次循环后残余应力基本稳定。不同应力水平下的松弛行为表明,循环应力达到疲劳极限以上时,残余应力松弛的幅度和速率都较大。经过150℃×2h保温处理的试样其表面残余应力显著降低,且疲劳过程中应力松弛的幅度和速率都降低。表面喷丸或喷砂强化试样大多在表面强化层下的拉应力区域产生裂纹,疲劳累积损伤理论也表明疲劳损伤是可以累加的,故表面存在一定数值的残余压应力并不能说明试样没有发生疲劳损伤,工程上不能只依据表面残余应力来判定材料的疲劳性能。     

7075铝合金表面喷丸残余应力松弛的实验研究

采用喷丸引入表层残余应力,分析循环载荷时7075铝合金试样的应力松弛现象,讨论喷丸工艺引入的初始残余应力状态、表层显微硬度和表面粗糙度对疲劳抗性和残余应力松弛的影响.结果表明,喷丸引入的表层残余压应力是提高试样疲劳抗性的主要因素,但表层冷作程度与表面缺口效应对喷丸试样的低周与高周疲劳抗性与残余应力松弛有很大影响.循环应力水平接近高周疲劳极限时,经历高周疲劳残余应力无明显松弛;应力水平接近低周疲劳极限时,残余应力发生早期大幅松弛,且残余应力峰外移.     

抽油杆表面滚压强化的实验研究

通过对轮滚压实验,借助于疲劳实验机、应力分析仪等手段对35CrMo钢试件的表面滚压强化进行了研究。结果表明:经滚压后试件表面存在一定深度的硬化层,且随滚压量的增大而增加;试件的疲劳性能随着硬度的增加先增加后减小;滚压使试件表面产生了较大的残余压应力,疲劳性能明显提高,随着残余压应力的增加,试件的疲劳性能增加;当滚压量为0.08mm时,滚压次数从1次增加到3次时,试件的疲劳循环次数从3.86×106增加到4.13×106,之后再增加滚压次数对疲劳性能影响不大;要产生0.06mm的滚压量,分3次滚压时试件的疲劳性能最好;滚压次数一定时,随着滚压量的增加,试件的疲劳性能先增加后减少。     

喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为,并分析表面影响层性能,尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理,对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析,然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程,并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比,MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力,同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能,CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系,这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下,CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快,当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后,剩余的残余压应力高于初始值的80%时,疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面,喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比,MSP可以引入更优的表面影响层,在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程,从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外,残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。     

考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析

目的 研究塑性条件下受重复轮轨荷载的钢轨表面的初始疲劳裂纹行为。方法 建立含表面微裂纹的钢轨二维有限元模型,通过耦合裂纹面对应节点达到无裂纹的效果。经过几次循环加载后取消节点耦合设置,达到出现裂纹的效果。分析随着轮轨循环加载钢轨的响应,计算残余应力强度因子,并利用渐进状态（随着循环次数的增加,裂纹尖端区新产生的塑性越来越小,裂尖小范围内塑性不再增加）下的应力强度因子计算初始疲劳裂纹扩展速率。结果 有限元模拟中,轮轨荷载循环加载在钢轨上表面,使其产生拉伸残余应力,且随着深度增加,拉伸残余应力越来越小。裂纹萌生后,不同角度的裂纹残余（KI）都随循环次数的增加而减小,但残余（KII）都随循环次数的增加而增大。受残余应力的影响,渐进状态下的钢轨表面初始微裂纹应力强度因子随裂纹角度（θ）的增加而增加。结论 钢轨表面的残余应力加快了初始微裂纹的扩展速率,降低了钢轨的使用寿命。     

喷丸对TC18钛合金拉-拉疲劳性能的影响

分析了TC18钛合金表面喷丸强化所产生的表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力和表面层残余压应力场变化及喷丸对拉-拉疲劳性能的影响,并用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论合理解释了拉-拉疲劳极限的提高。结果表明:喷丸强化不仅能够明显延长TC18钛合金的高周疲劳寿命,且能使1×107周次下的疲劳极限提高27%。     

交变载荷对铝合金板表面残余应力的影响

采用铣削法在7075铝合金退火板表面引入初始残余应力,研究了交变载荷加载状态下表面残余应力的演变规律,并基于包辛格效应和塑性变形理论讨论了交变载荷加载状态时残余应力松弛机理.结果表明:交变载荷对铝合金板表面残余应力松弛的影响主要取决于加载应力与残余应力的矢量叠加;交变载荷对残余应力松弛主要在第一个作用周期;当加载周期增大到一定程度后,交变载荷比单向载荷对残余应力的松弛效果更好.     

疲劳载荷对17CrNiMo6喷丸强化层残余应力与组织的影响

高强度渗碳钢17CrNiMo6常用喷丸强化工艺来改善抗疲劳性能,但疲劳载荷会使喷丸强化层的残余应力与组织发生改变,削弱了强化效果。采用X射线衍射方法研究了其残余应力、半高宽和残余奥氏体随疲劳载荷周次的变化规律,同时研究了喷丸前后表面形貌、硬度和组织的变化。结果表明,喷丸与二次喷丸强化层残余应力场在疲劳载荷前100周次内发生了应力松弛,松弛幅度分别为50%与33%,之后基本保持稳定。半高宽随载荷周次的增加分别下降了5%与7%,而残余奥氏体含量变化不大。此外,喷丸处理增加了材料表层残余压应力,细化了晶粒尺寸,使疲劳寿命提高了11%;二次喷丸可进一步增加材料表层残余压应力,细化晶粒尺寸并改善表面形貌使材料疲劳寿命提高了23%。因此在评估喷丸工艺强化效果,预测喷丸处理后零部件的疲劳寿命时,宜采用松弛后的残余应力作为衡量参数。     

锻压力对铝合金点焊接头疲劳行为的影响

采用试验和有限元分析相结合的方法，考察了锻压力对铝合金电阻点焊接头中残余应力和接头疲劳行为的影响。结果表明，采用锻压力显著降低了熔核边缘外部热影响区中的残余应力，疲劳裂纹不再从热影响区中萌生。而是全部从熔核边缘处开始；残余应力的降低使得疲劳裂纹扩展的驱动力减小，接头的疲劳强度提高。     

焊接气孔缺陷对A7N01铝合金焊接接头腐蚀疲劳性能的影响

在不同环境湿度条件下制备了不同焊缝气孔率的A7N01铝合金焊接接头,并通过条件腐蚀疲劳强度和断口微观形貌研究气孔缺陷对焊接接头腐蚀疲劳性能的影响。结果表明,当焊接环境的湿度由常湿增至70%时,焊缝的平均气孔率由0.07%增大为0.16%,接头的条件腐蚀疲劳强度由110 MPa降为100 MPa,焊接气孔缺陷对A7N01铝合金焊接接头的腐蚀疲劳性能有明显影响。焊缝中的气孔会造成严重的缺口效应,引起应力集中,导致裂纹在气孔处优先萌生,并在应力和腐蚀介质的共同作用下形成沿晶与脆性疲劳条带的混合断裂形貌。     

Residual stress relaxation in typical weld joints and its effect on fatigue and crack growth

Many factors influence the fatigue and crack growth behavior of welded joints. Some structures often undergo fairly large static loading before they enter service or variable amplitude cyclic loading when they are in service. The combined effect of both applied stress and high initial residual stress is expected to cause the residual stresses relaxation. Only a few papers seem to deal with appropriate procedures for fatigue analysis and crack growth by considering the combined effect of variable amplitude cyclic loading with residual stresses relaxation. In this article, some typical welded connections in ship-shaped structures are investigated with 3-D elastic-plastic finite element analysis. The effect of residual stress relaxation, initial residual stress, and the applied load after variable amplitude cyclic loading is revealed, and a formula for predicting the residual stress at hot spot quantitatively is proposed. Based on the formula, an improved fatigue procedure is introduced. Moreover, crack growth of typical weld joints considering residual stresses relaxation is studied.     

喷熔修形后的焊接接头残余应力有限元分析

采用Ni60合金粉末对Q235B钢焊态十字接头进行了氧—乙炔火焰喷熔处理,同时进行了高频疲劳试验.分析认为喷熔修形改善了焊接接头的几何外形.喷熔修形态十字接头在2×106循环周次下的疲劳强度比原始焊态提高了64.5%.基于氧—乙炔火焰喷熔工艺参数,采用ANSYS12.0软件对喷熔过程进行了热-应力耦合的有限元模拟,分析...     

疲劳加载下A7N01铝合金焊接残余应力演变研究

采用超声法研究A7N01铝合金焊接接头的残余应力分布及其在疲劳加载过程中的变化。A7N01铝合金焊接接头的残余应力峰值出现在焊缝区域,且为拉应力,母材区的残余应力为压应力。在低应力水平下,焊接接头焊缝区的残余应力值先增大后减小,应力的释放率与外加应力以及自身残余应力水平有关。外加载荷越大,焊接接头的残余应力释放越多,焊缝区的残余应力峰值降低,但100 MPa以下的应力不能释放母材区的残余应力。     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对SMA490BW钢焊接接头的超高周疲劳性能进行研究,通过X射线应力仪对焊接试样残余应力进行测试,采用扫描电镜对疲劳裂纹的萌生、扩展及疲劳断裂机理进行观察和分析. 结果表明,SMA490BW钢母材的疲劳性能远高于焊接接头,在1 × 108循环周次条件下,接头的疲劳强度为141 MPa,仅为母材的44.2%. 接头裂纹主要萌生于焊趾表面缺陷处,疲劳断裂机理表现为准解理断裂, 并伴有塑性变形痕迹. 焊趾处几何不连续造成的应力集中和焊缝及其附近区域一定的残余拉应力,以及接头各微区组织和性能的不均匀性,是导致焊接接头疲劳性能偏低的主要原因.     

循环载荷对USSP处理TC4表层残余应力场影响研究

采用超声喷丸技术(USSP)处理TC4试样,再进行四点弯曲疲劳加载。采用X射线应力仪测试疲劳加载前后残余应力分布;利用TEM设备,对疲劳加载前后TC4组织结构进行表征。结果表明,经表面纳米化处理后,TC4合金的最大残余应力已超过自身的屈服强度;当外加载荷高于疲劳极限时,残余应力场明显减弱;当外加载荷接近或小于疲劳极限时,循环周次与载荷的增减不再明显改变残余应力场;位错及位错胞在疲劳过程中发生了组态和数量的变化,位错密度的降低导致了残余压应力的松弛。     

Fatigue strength improvement of stainless steel using weld toes dressing with low transformation temperature welding wire

In the present study, low transformation temperature welding wire (LTTW), which can induce residual compressive stress around 304L welded joints, has been developed to improve the fatigue performance of welded joints. Procedure of design and chemical composition of weld metal and deposited metal of LTTW are introduced. The microstructure of weld metal of LTTW is composed of low carbon martensite and residual austenite. The residual stress distribution of a single welding bead of LTTW was measured and the result shows that compressive residual stress is generated. In addition, fatigue test was also carried out on no-load cruciform welded joints of 304L stainless steel under three conditions: as welded, 308L dressing and LTTW dressing. The result shows that the fatigue life of LTTW dressing joints (2×10⁶ cycles) is improved by 14–23 times and 3–6 times compared with that of as welded joints and 308L dressing joints.     

Fatigue crack growth behaviour of pulsed current gas tungsten arc, friction stir and laser beam welded AZ31B magnesium alloy joints

The laser beam welded joints offered better resistance against the growing fatigue cracks compared to friction stir welded and pulsed current gas tungsten arc welded AZ31B magnesium alloy joints. The formation of very fine grains in weld region, higher fusion zone hardness, uniformly distributed fine precipitates and favourable residual stress field of the weld region are the main reasons for superior fatigue performance of laser beam welded joints of AZ31B magnesium alloy.