核级管道不锈钢316LN的低周疲劳特性研究

在室温下,对核级管道不锈钢材料316LN试样进行了不同应变幅的低周疲劳试验研究,得到了316LN试样的循环应力-应变响应特征及低周疲劳寿命曲线。基于疲劳过程中、不同应变幅水平下,循环应力-应变迟滞回线的试验结果,分析了应力峰值、谷值和循环弹性模量随疲劳循环数的变化规律,研究了316LN试样的疲劳特性和疲劳寿命曲线特征,并与ASME疲劳设计曲线进行了对比。试验结果表明,试样初始循环表现出循环硬化,随后表现出循环软化直至失效;初始前10%疲劳寿命期内循环弹性模量缓慢下降,然后几乎保持不变,在达到80%～90%寿命后开始下降; Basquin和Manson-Coffin公式可以很好地描述0. 2%～0. 7%应变幅范围内的应变-疲劳寿命曲线。     

304不锈钢应变强化疲劳寿命的试验研究

不锈钢应变强化压力容器广泛应用到液态气体的储存和运输,研究应变强化不锈钢材料的疲劳寿命对保证该类结构的安全运行具有重要的意义。分别对室温下304不锈钢未预应变强化、10%预应变强化和15%预应变强化三类材料进行了应变控制下的低周疲劳寿命测试,应变幅值变化范围为±0.3%到±0.7%。从试验结果中获得了三种情况下材料的疲劳特性和疲劳S-N曲线,并与ASME BPVC VIII-2等标准进行了对比,发现采用预应变强化疲劳寿命设计曲线进行评价可以提高结构的设计疲劳寿命。     

防屈曲装置与试样间摩擦力对薄板拉压疲劳寿命的影响

采用TC4钛合金薄板防屈曲装置，在不同扭矩(1.5～2.5 N·m)和不同应变水平(0.25%～1.0%)下对SAPH440钢薄板试样进行拉压疲劳试验，研究了摩擦力对薄板试样疲劳寿命的影响，验证了防屈曲装置的适用性。结果表明：在以弹性应变为主导的低应变水平(0.25%)下，试样的疲劳寿命随摩擦力的增大而略微降低；在以塑性应变为主导的中高应变水平(0.5%～1.0%)下，试样的疲劳寿命随摩擦力的增大而增大；应变水平为0.25%,0.5%时试样裂纹扩展区中段疲劳辉纹间距均值分别为0.45,0.86μm,随着应变水平继续增大，疲劳辉纹变得不明显，出现了较为明显的二次裂纹。     

核电用接管安全端308L焊缝金属高温低周疲劳性能研究

在300℃高温环境下研究了核电用接管安全端308L焊缝金属的低周疲劳性能,获得了308L焊缝金属材料的循环应力-应变曲线及低周疲劳寿命曲线。基于疲劳过程中不同应变幅水平下循环应力-应变滞回环的试验结果,分析了应力峰值随疲劳循环数的变化规律,绘制了308L焊缝金属材料疲劳寿命曲线,并与ASME疲劳设计曲线进行对比,最后分析了308L焊缝金属的疲劳断口。试验结果表明,材料在高温条件下表现出循环软化直至失效; Basquin和Manson-Coffin关系可以很好地描述0. 3%～1. 0%应变幅范围内的应变-疲劳寿命曲线; 308L焊缝金属低周疲劳裂纹呈凸形扩展,并伴随有疲劳辉纹和二次裂纹出现。     

基于毫小薄片试样获取材料应变疲劳性能的测试方法

通过现行试验标准难以获取小尺寸的薄片、零部件、薄壁管、焊缝区材料的低周疲劳性能。提出一种基于漏斗薄片毫小试样的应变疲劳试验方法:结合应变能分离函数假设,给出毫小薄片试样获取材料循环应力应变关系的预测模型;借助循环应力应变关系,采用有限元得到毫小薄片试样跨漏斗名义应变幅与漏斗根部真实应变幅之间以及平均应力幅与漏斗根部真实应力幅之间的转换方程,从而给出了基于漏斗薄片小试样的材料代表性体积单元(Representative-volume-element,RVE)疲劳寿命曲线并给出Manson-Coffin寿命模型参数。针对不同材料的有限元验证表明,基于应变能分离函数的材料循环应力应变关系预测模型对不同几何尺寸自相似试样和不同幂律材料均具有良好普适性。完成了316L不锈钢等直圆棒试样和厚度为0.7 mm毫小薄片试样的应变对称变幅低循环试验和多级等幅低循环试验,结果表明,通过新方法预测的薄片材料循环应力应变关系和等直圆棒试样试验结果一致,通过毫小薄片试样获得的疲劳寿命曲线与等直圆棒试样试验结果亦吻合良好。     

5083H111轧制铝合金的低周疲劳行为

在室温下对5083H111轧制铝合金板三个典型方向——轧制方向(RD方向)、与轧制方向成45°角方向(MD方向)、垂直于轧制方向(TD方向)的试样进行了单轴对称应变控制的低调疲劳试验,研究了不同方向试样的循环变形行为和疲劳寿命差异。结果表明:铝合金板在三个方向上都表现出了明显的循环硬化特性,即在恒定的应变幅下,三个方向的响应应力幅均随着循环次数的增加而增大,并且外加应变幅越大,响应应力幅也越大;三个方向的低周疲劳ε-Nf曲线差别不明显;三参数幂函数寿命模型可以很好地预测5083H111铝合金的低周疲劳寿命。     

P92钢的高温低周疲劳行为及寿命预测

采用RPL50型动蠕变试验机对P92钢进行630℃和不同应变幅下的低周疲劳试验,研究了P92钢的高温低周疲劳行为;基于塑性应变能密度与硬度、应力幅和低周疲劳寿命的关系,采用基于能量的硬度法对其低周疲劳寿命进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明:P92钢是一种循环软化材料,其初始归一化应力幅随应变幅的增加而增加,且不同应变幅下的归一化应力幅均随循环周次的增加而降低;随着应变幅的增加,弹性应变幅保持稳定,塑性应变幅近似线性增加,软化率也相应增加,并最终稳定在0.3左右;硬度与应变幅满足良好的线性关系;基于能量的硬度法可以较准确地预测P92钢在630℃时的高温低周疲劳寿命,计算得到的预测寿命均位于试验寿命的±1.5倍标准偏差内。     

高温应变时效对P92钢高温低周疲劳性能的影响

分别在应力与应变控制下对P92钢进行550℃高温低周疲劳试验,研究该钢在不同应变幅(0.2％～1.0％)和应力幅(280～350 MPa)下的疲劳行为;对P92钢进行不同预拉伸应变(0～4％)和温度(250～350℃)下的应变时效处理后,研究该钢的高温拉伸与低周疲劳性能.结果表明:在应变控制下,P92钢的应变与疲劳寿命关系符合Manson-Coffin方程,在低应变幅(低于0.7％)下P92钢出现先循环硬化后循环软化现象;在应力控制下,应变与疲劳寿命关系不遵循Manson-Coffin方程,高应力幅(350 MPa)下P92钢出现先循环硬化后循环软化现象;应变时效处理可提高P92钢的屈服强度,且高温拉伸曲线出现Portevin-Le Chatelier屈服效应;应变时效处理后P92钢在应力控制下的应变与寿命关系不遵循Manson-Coffin方程,且其低周疲劳寿命大幅降低.     

压水堆核电站主管道材料的低周疲劳行为研究

对压水堆核电站主管道材料Z3CN20.09M进行室温与350℃低周疲劳性能试验,得到材料循环变形规律和寿命演化模型.结果表明,主管道材料表现为先强化后软化的循环特性,但强化的程度取决于温度和应变幅;当应变幅较大时,高温疲劳断裂寿命高于室温疲劳断裂寿命,但随着应变幅的降低,二者的疲劳断裂寿命差别逐渐减小.常温与350℃高...     

扭转预应变对45钢低周疲劳性能的影响

介绍４５钢在不同扭转预应力变下的低周疲劳性能,包括循环应力－应变特性,循环硬化软化特性及低周疲劳寿命的研究工作。结果表明,扭转预应变降低周疲劳寿命,循环应力随扭转预应变的增大而增大。     

奥氏体不锈钢压力容器应变强化技术的发展及国外标准比较

主要介绍了奥氏体不锈钢压力容器应变强化技术在国内外的研究现状,对三个国外常温应变强化工艺标准进行了比较;综述了国内对奥氏体不锈钢低温压力容器应变强化研究的主要进展,最后对今后的研究方向提出了建议。     

应变强化对022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢显微组织和力学行为的影响

采用电液伺服万能试验机、X射线衍射仪、金相显微镜和透射电子显微镜,研究了应变强化对022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢微观组织和力学行为的影响。结果表明：前期预应变强化过程中,材料没有发生相变,形变孪晶数量的增加使材料的屈服强度和硬度得到大幅提高,但塑性有所降低,发生形变孪晶诱发强度效应。随着预应变量的增大,应变强化能力减弱,瞬变应变有所降低,位错的滑移模式发生转变,从单系滑移和平面滑移向多系滑移和交滑移转变。     

基于Monte-Carlo模拟的小样本下齿轮疲劳极限计算方法及软件开发

齿轮疲劳极限评估Dixon-Mood(D-M)法的试验样本需求量较大,标准差估计值存在较大偏差,因此基于Monte-Carlo模拟提出小样本的齿轮疲劳极限分析方法(CQUboot),并结合大量弯曲疲劳极限试验对D-M法和CQUboot法进行了对比分析。与GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》推荐的20～22个样本计算结果相比,样本量降至12时,D-M法的最大误差为15.76%～24.99%,CQUboot法为8.02%～12.98%;以12.66%为疲劳极限预估允许的最大误差时,D-M法至少需要10～18个样本点,CQUboot法只需8个样本点。     

基于支持矢量机的疲劳应力集中系数预测模型研究

疲劳应力集中系数作为材料疲劳抗力指标的疲劳极限,不仅反映了疲劳应力集中的程度,还反映了材料对缺口的敏感程度,将近年来飞速发展的支持矢量机(Support vector machine,SVM)应用于疲劳应力集中系数的研究。介绍支持矢量机的基本原理,利用LIBSVM,选择高斯型径向基函数(Radial basis function,RBF)作为核函数,建立以材料的抗拉强度、屈服强度、光棒疲劳强度、理论应力集中系数、缺口根部半径、试样尺寸及缺口疲劳极限作为输入值,疲劳应力集中系数为输出值的模型,从而对疲劳应力集中系数进行分析和预测。同时,SVM模型与经验公式Neuber式和Peterson式的计算值进行比较。结果表明,在小样本条件下,应用SVM技术构建的数学模型,模型的拟合相对误差小于7.4%,从而证明该SVM模型的准确性和适用性。     

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。     

S135钻杆钢的单轴疲劳性能对比

通过疲劳试验测定了S135钻杆钢在单轴对称拉-压和扭-转加载条件下的疲劳寿命,应用回归分析方法得到了单轴疲劳寿命的定量公式,并对疲劳断裂的机制进行了分析。结果表明:在双对数坐标中,疲劳寿命与有效应力幅呈良好的直线关系;扭-转疲劳极限与拉压疲劳极限之比为0.682;拉-压加载和扭-转加载下的裂纹均萌生于试样表面;拉-压疲劳试样的裂纹扩展以疲劳条带为主要特征;扭-转疲劳试样的裂纹扩展以剪切型涟波花样为主要特征。     

Surface durability of WC/C-coated case-hardened steel gear

The purpose of this study is to investigate the influence of tungsten carbide/carbon (WC/C) coating on the surface durability of casehardened steel gear. Two kinds of WC/C coatings were deposited on the ground gear pair made of chromium molybdenum steel with carburizing and quenching. One is the conventional WC/C coating, and the other is WC/C coating with about 1 μm CrN interlayer. Here, the WC/C-coated test pinion and the WC/C-coated one with CrN interlayer are represented by WT and ST, respectively. Non-coated test pinion is represented by NT. The surface roughness along the tooth profile direction of WT and ST was almost the same as that of NT. A spur gear test was carried out with an IAE power circulating type gear test rig under EP gear oil lubricating condition. The fatal failure mode of the test pinions was pitting due to surface cracking. The fatigue life of WT was longer than that of NT under a maximum Hertzian stress p _max=1700 MPa. On the other hand, under p _max=1900 MPa, that of WT was as long as that of NT due to the peeling occurrence of the coated layer. Under the comparatively low load condition without peeling occurrence, the surface roughness of WT decreased with the increasing number of cycles, and their fatigue life became longer than that of NT. On the contrary, in the case of ST, the peeling of the coated layer occurred at a comparatively early stage of the gear test, and the dedendum was worn by tens of micrometers. Therefore, in the case of ST, the effect of the WC/C coating disappeared at a comparatively small number of cycles.     

基于分层贝叶斯模型的齿轮弯曲疲劳试验分析

常规齿轮弯曲疲劳试验数据处理方法是基于最小二乘法（LSE）等传统频率理论的,在小样本条件下可靠度应力寿命（P-S-N）曲线易发生拟合失真。基于成组法开展了8620H钢表面渗碳齿轮的弯曲疲劳试验,将贝叶斯理论应用于小样本条件下弯曲疲劳试验数据分析,建立了齿轮弯曲疲劳试验数据的分层贝叶斯（HBM）模型,并通过Gibbs采样获得了参数的后验分布,得到齿轮弯曲疲劳P-S-N曲线。同时以50%和99%可靠度下S-N曲线相对斜率比为评价指标,对比了LSE模型与HBM模型拟合效果,结果表明：随着试验样本数据量的变化,HBM模型的相对斜率比α波动变化率为传统LSE模型的1/40,小样本条件下HBM模型结果优于传统的LSE模型结果。HBM模型可推广应用至齿轮接触疲劳试验等数据分析中。     

Investigation of Fatigue Damage of 20Kh13 Structural Steel and its Compositions with Fused Coatings by the Free Vibration Method

The frequency of free vibrations of samples of 20Kh13 steel and its compositions with fused coatings is measured during fatigue tests. The dynamics of the frequency spectrum of the samples is investigated during the development of a fatigue crack. It is shown that the dynamics of variation of the free vibration frequency of the samples is tightly related to the kinetics of fatigue damage. Features of variation of the frequency spectrum of free vibrations in samples with fused coatings which are characterized by complex kinetics of the development of a fatigue crack are noted. Results of an analysis of the possibilities of diagnostics of fatigue damage of pieces from metallic materials and compositions with coatings obtained with the use of the free vibration method are given.     

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。