基于不同粗糙度Ra与Rz的FV520B-I超高周疲劳失效研究

粗糙度Ra及Rz这两种粗糙度都会对高强度钢FV520B-I的超高周疲劳行为产生明显的影响.首先,以FV520B-I不同粗糙度的超声疲劳试验结果为基础,得到不同粗糙度情况下的失效试件的断口特征.结合超声疲劳试验结果、失效试件断口特征及能谱检测结果,分析粗糙度Ra对FV520B-I超高周疲劳失效机理的影响.其次,以粗糙度Rz作为主要影响因素,结合疲劳失效源距离表面的距离Da-s,分析粗糙度Rz对FV520B-I超高周疲劳寿命影响,并提出二者之间的定性描述关系.研究不同粗糙度对FV520B-I疲劳失效的影响为提高FV520B-I疲劳寿命预测的准确性有重要意义,也为FV520B-I疲劳失效研究做出了贡献.     

激光冲击强化与喷丸提高不锈钢疲劳性能对比研究

对不锈钢材料1Cr11Ni2W2MoV进行了激光冲击强化和喷丸强化后表面粗糙度和残余应力测试分析,与喷丸相比,激光冲击强化对试件表面形貌和表面粗糙度的影响更小,产生的残余压应力更大。对光滑试件和2种强化后试件的振动疲劳对比试验表明,激光冲击强化能显著提高不锈钢材料振动疲劳寿命,是喷丸的2倍以上。     

7055铝合金高速加工表面完整性对疲劳寿命的影响

为优化高强度铝合金高速铣削工艺参数,提高构件的疲劳寿命,通过高速铣削及疲劳试验,研究了7055铝合金高速铣削工艺参数对表面完整性的影响以及表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明:铣削表面残余应力均呈现为压应力;每齿进给量对表面粗糙度的影响大于铣削速度的影响,铣削速度和每齿进给量对表面显微硬度的影响不显著;7055铝合金试样的疲劳寿命随表面粗糙度增大而降低,随表面残余压应力增大而提高;在试验参数范围内最佳的铣削参数为铣削速度1 100 m/min、每齿进给量0.06 mm/z,试件的表面粗糙度为Ra0.327μm,表面显微硬度为187.44 HV0.025,表面残余应力为-177.7 MPa,疲劳寿命为1.275×105次。     

激光磨抛复合强化对15CrMnMoVA钢孔结构疲劳性能的影响研究

对15CrMnMoVA钢试件孔结构采用了坐标磨、数控磨抛和激光磨抛复合强化等不同工艺进行加工,分析其表面完整性特征,并对试件进行对称循环加速疲劳寿命试验。结果表明,试件孔结构的疲劳破坏机制为微动疲劳,增加孔的倒角尺寸会导致疲劳寿命降低;与传统的坐标磨工艺相比,数控磨抛工艺可以提高疲劳极限5%,而激光强化与数控磨抛复合工艺可以提高疲劳极限20%;激光强化能形成较深的残余压应力强化层,数控磨抛后残余压应力层仍然深达0.5 mm;数控磨抛可以提高孔的形状精度至0.009 mm,并进一步将孔壁抛光至镜面(表面粗糙度为Ra 0.018μm);激光磨抛复合强化工艺显著提高了孔结构的疲劳性能。     

钻、铰工艺对铝合金紧固孔件疲劳寿命的影响

为研究钻、铰工艺对紧固孔件疲劳寿命的影响,分别对LY12CZ硬铝合金疲劳试样采用钻、铰两种工艺加工出孔并进行了疲劳试验,对钻、铰工艺下孔壁的表面形貌和粗糙度、切向残余应力以及试样的疲劳断口特征进行了测定和分析。结果表明:钻削后孔壁的表面较粗糙,其表面粗糙度为12.92μm,而铰削后孔壁表面非常光滑,其表面粗糙度为1.57μm;钻削孔壁表层的应力为残余拉应力,幅值为165MPa,而铰削孔壁表层的应力为残余压应力,幅值为78MPa;相比于钻孔试样,铰孔试样的疲劳条带间距较窄,裂纹扩展速率较低,其疲劳寿命是钻孔试样寿命的1.81倍。     

孔挤压强化疲劳增寿效益的试验研究

为研究芯棒挤压和开口衬套挤压工艺的疲劳增寿效益,以及应力水平高低对增寿效益的影响,针对飞机结构中常用的铝合金和钛合金,设计孔表面状态分别为未挤压、芯棒挤压和开口衬套挤压的含孔细节模拟试件。通过模拟试件等幅谱下疲劳试验,获得裂纹形成、扩展和总寿命,通过对试验数据的统计对比分析,对芯棒挤压和开口衬套挤压工艺的疲劳增寿效益进行对比,研究应力水平高低对疲劳增寿效益的影响,分析在裂纹形成和扩展阶段的疲劳寿命增益。     

滚子链链板表面加工质量系数的研究

从滚子链链板孔常用的加工方法入手,研究了表面加工质量对滚子链疲劳强度的影响。通过对板孔加工方法不同的系列试样的成组疲劳试验,得到了相应于板孔不同加工方法试样的R—S—N曲线,进而求出了不同预期寿命时表面加工质量系数的分布,并从微观上分析与研究了典型工艺下的疲劳裂纹萌生及扩展速率,从而为滚子链疲劳可靠性设计提供了重要的基础数据。     

45钢离子渗硫层的接触疲劳性能研究

对离子渗硫层的接触疲劳性能进行了研究。将调质处理的４５钢进行低温离子渗硫处理后，在ＪＰ—５２接触疲劳试验机上测定了渗硫层的疲劳寿命，表明其疲劳寿命比未渗硫处理的提高一倍左右。从接触应力、润滑介质、表面缺陷和表面粗糙度等几个方面分析了渗硫层对接触疲劳性能的影响。     

表面粗糙度对TC17疲劳失效影响的试验研究

表面粗糙度是影响金属材料疲劳性能的重要因素,尤其针对钛合金TC17.目前基于表面粗糙度的钛合金TC17疲劳失效研究尚未得到广泛开展,相应的试验数据及结果也较少.以超声疲劳试验技术为基础,针对钛合金TC17进行不同粗糙度条件下的疲劳试验,使用先进的检测设备对试件断口进行观察与检测,分析表面粗糙度对钛合金TC17疲劳失效的影响.结果 发现:粗糙度对TC17疲劳失效特征及疲劳性能存在劣化作用,在高周与超高周疲劳范畴中,表面粗糙度都是引起TC17疲劳失效的主要因素.以Murakami模型为基础,结合钛合金TC17疲劳试验结果,验证了经典模型对钛合金TC17疲劳强度预测的适用性,并预测了不同粗糙度条件下TC17的疲劳强度.文中研究内容对钛合金TC17的应用具有积极意义.     

基于线结构光的滚动接触表面粗糙度在线测量方法

为了分析表面粗糙度对金属材料滚动接触疲劳性能的影响,提出一种基于线结构光的滚动接触疲劳试件表面粗糙度测量方法,并构建了在线测量与分析系统。通过安装在滚动接触疲劳试验机上的线结构光传感器采集试件表面点云;采用k维树最近邻搜索方法逐点进行邻域分析与统计,利用距离阈值剔除点云中的离群点;针对从原始轮廓分离粗糙度轮廓时,由传统高斯滤波器所导致的端部效应,采用线性外插法进行修正,从而准确计算试件表面粗糙度Ra值。实验结果表明：表面粗糙度测量平均绝对误差为0.08μm,平均相对误差为6.74%,满足粗糙度测量精度要求,为金属材料疲劳损伤演变过程分析提供依据。     

钝缺口试样疲劳短裂纹形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢钝缺口试样进行了对称拉疲劳试验，应用复型方法观察了疲劳理解纹沿缺口根部的早期形成与扩展过程；测量了表面裂纹形状随裂纹长度的变化规律。结果表明，试样的破坏是由形成于缺口根部表面的短裂纹扩展、裂纹间连接形成穿透裂纹，穿透裂纹扩则引起的。     

裂纹扩展过程中电磁谐振疲劳试验系统动态特性分析*

电磁谐振疲劳裂纹扩展试验系统是一种工作在谐振状态下测试金属材料断裂特性的试验装置,要求在裂纹扩展过程中精确跟踪系统的固有频率和控制试验载荷,为达到这一目的,需要对裂纹扩展过程中系统的动态特性进行精确的分析。据此,建立3自由度有阻尼电磁谐振疲劳试验振动系统的数学模型,采用ANSYS有限元法计算CT紧凑拉伸试件的刚度,研究不同材料试件刚度、系统固有频率,试验载荷幅频曲线、共振振幅在裂纹扩展过程中的变化规律,并进行相关试验,试验结果表明：系统固有频率计算值与试验测量值之间的最大偏差为1.9 Hz;系统动态特性仿真结果与试验结果能够较好地吻合。该研究结果为电磁谐振式疲劳试验载荷的高精度控制提供了理论依据。     

Prediction of high-cycle fatigue life reliability of aluminum cast alloy from statistical characteristics of defects at meso-scale

In this paper, a growth rate law of a small fatigue crack of an arbitrary metal and a method for predicting a size distribution of spheroidal defects cut by a specimen are proposed. And then, by combining the crack growth rate law and the prediction method for the surface defect size distribution, a method for predicting a high-cycle fatigue life reliability of a metal with defects is proposed. Rotating bending fatigue tests of plain specimens with/without a small blind hole (0.3 mm in diameter, 0.15 mm in depth) are carried out on an aluminum cast alloy JIS AC4B-T6 with eutectic Si, Fe compounds and porosities. By comparing analyzed results with experimental ones, the validity of the present method is examined.     

水介质下打磨磨痕对钢轨疲劳损伤的影响

采用棕刚玉砂纸在钢轨试样表面处理得到不同角度打磨磨痕,利用MMS-2A轮轨摩擦磨损试验机研究了水介质下不同角度打磨磨痕对钢轨疲劳裂纹扩展的影响。结果表明：水介质条件下打磨磨痕与运行方向夹角在0°～45°范围内时,钢轨表面粗糙度略高,高于夹角为70°、90°打磨磨痕区域表面粗糙度;相比没有打磨磨痕的光滑区域,0°～45°打磨磨痕将加速钢轨接触疲劳裂纹的扩展,20°磨痕区域的裂纹扩展尤为严重,出现了许多分支裂纹;而70°、90°的打磨磨痕一定程度上会减缓疲劳裂纹的生长,90°打磨磨痕区域基本只存在表层裂纹;打磨磨痕角度由0°向90°增大时,裂纹扩展深度先变大后变小,而裂纹扩展角度呈现出逐渐减小的趋势。     

基于最弱环理论的缺口件概率疲劳寿命预测方法

基于最弱环理论和光滑试样疲劳寿命的Weibull分布,建立了一种缺口件概率疲劳寿命预测方法。该方法首先基于最弱环理论和光滑试样的疲劳强度分布,通过定义缺口件的Weibull有效应力,建立了缺口件在给定循环载荷下的疲劳失效概率计算公式。基于Weibull有效应力和光滑试样的疲劳应力-特征寿命方程,可计算得到给定循环载荷时缺口件的特征疲劳寿命,进一步根据光滑试样的Weibull疲劳寿命分布可最终获得缺口件在给定循环载荷下的疲劳寿命分布。采用上述方法对TC4缺口试样进行了概率疲劳寿命预测,并与局部应力应变法预测结果进行了对比。结果表明:局部应力应变法预测结果过于保守,本文方法预测精度较高,50%失效概率时的疲劳寿命预测结果与缺口试样试验均值寿命吻合很好,10%和90%失效概率时的疲劳寿命预测结果基本分布在试验均值寿命的两倍分散带之内。     

高碳贝氏体轴承钢滚动接触疲劳性能的研究

以GCr15Si1Mo贝氏体轴承钢为研究对象,在油润滑条件和无润滑条件下,对不同初始碳化物体积分数的试样进行滚动接触疲劳试验,采用扫描电镜观察试验前后试样的表面形貌和碳化物分布,并通过Weibull曲线确定试样滚动接触疲劳性能的优劣性。结果表明,在无润滑条件下,碳化物体积分数为1.9%的试样滚动接触疲劳性能优于碳化物体积分数为5.1%的试样。在油润滑条件下,贝氏体轴承钢的滚动接触疲劳性能的优劣性依次为：无初始碳化物试样、碳化物体积分数为5.1%试样、碳化物体积分数为1.9%试样。碳化物作为基体的硬质相,很容易成为疲劳源,无初始碳化物的贝氏体轴承钢的滚动接触疲劳性能优于有碳化物的贝氏体轴承钢;碳化物脱落后的凹坑增大了润滑油和试样表面的粘着力,有利于增加油膜厚度,从而提高滚动接触疲劳寿命。     

振动疲劳试验寿命确定方法研究

提出了一种确定振动疲劳试验寿命的方法,首先基于有限元分析获得2A12铝合金简支梁试件的裂纹长度与试件固有频率的关系曲线,借助断裂力学失效准则,计算试件在试验载荷下疲劳失效时的临界裂纹长度,根据临界裂纹长度对应的固有频率能够确定试件疲劳失效时固有频率下降的幅度,从而根据振动疲劳试验固有频率跟踪控制技术确定停机标准,停机时所经历的循环数即为振动疲劳的试验寿命。该方法结合理论与实际,为振动疲劳试验寿命的确定提供了理论依据,统一了试验标准,并且在实际操作试验过程中容易操作,所得的结果安全可靠。     

低载强化后汽车结构件疲劳裂纹扩展速度研究

为了从微观上揭示汽车结构件经过低载强化后疲劳强度和疲劳寿命提高的原因和机理,本文利用扫描电镜,对某汽车前轴低载强化前后试样断口的疲劳裂纹扩展速度进行了对比研究。研究结果表明,经过低载强化后的汽车结构件断口试样,其贝纹线的增长趋势减弱,疲劳辉度间距变小。这些微观变化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使汽车结构件的疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

Effects of Mn content and texture on fatigue properties of as-cast and extruded AZ61 magnesium alloys

Fatigue behavior of as-cast and extruded AZ61 magnesium alloys in ambient air (20 °C–55%RH) was investigated. It was found that size and distribution of cast defect influenced tensile and fatigue performance of the as-cast alloy. Fatigue limit of the as-cast alloy was significantly low compared to the extruded alloy. The casting defects served as stress concentration sites for fatigue crack nucleation. Fatigue tests were also carried out on a high Mn content alloy. All of the specimens failed from an inclusion near the specimen surface. Fatigue limit of Mg alloy with high Mn content was lower compared to that of the low Mn content alloy. Further, investigation on the effect of texture on fatigue and fatigue crack growth behavior of the extruded AZ61 magnesium alloy plate was carried out. The results showed that fatigue strength in the longitudinal direction to the extruded direction was higher compared to those in the transverse and 45° directions. Significant effect of specimen orientation on fatigue crack growth behavior for both short and long cracks was found near the threshold region. However, regardless of specimen orientation, the da/dN–ΔK_eff curves for all three kinds of specimens were in a narrow band. It is suggested that the difference in the fatigue life among the specimen orientations will be mainly due to the difference in the crack closure behavior. A transition of fracture mechanism was found for a long crack. Slip fracture mechanism was dominant above the transition point, whereas below the transition point, slip fracture mechanism was associated with cleavage fracture.     

切应力状态下疲劳短裂纹的试验研究

通过扭转疲劳试验和塑料复型膜技术研究了中碳钢试样的疲劳短裂纹特性。疲劳短裂纹发生在长度方向与最大切应力相近的片状铁素体中，并在初期迅速扩展。但当其达到晶界时，裂纹扩展速度降低，甚至停止增长，成为不扩展裂纹。只有当应力强度因子满足ＬＥＦＭ条件时，裂纹才会克服晶界障碍继续扩展，最后形成主导裂纹导致试样破坏。疲劳断裂包含有全部三种断裂模式。