加载频率对直接时效GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能的影响

本文研究了频率对直接时效GH4169合金疲劳裂纹扩展性能的影响.结果表明:在试验温度为550℃时,频率的改变对直接时效GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能基本没有影响,其裂纹扩展的控制机理是机械疲劳;在试验温度为650℃时,在0.5Hz以上频率时,频率的改变对直接时效GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能基本没有影响,其裂纹扩展的控制机理是机械疲劳;但当频率降低至0.1Hz时,其疲劳裂纹扩展速率明显加快,裂纹扩展的控制机理是高温氧化.     

TiAl合金高温疲劳小裂纹与长裂纹扩展行为

采用原位观察疲劳试验方法研究了变形TiAl合金在650℃下的三维小裂纹扩展行为,利用传统疲劳裂纹扩展试验方法研究了该合金在650～800℃温度范围内的长裂纹扩展行为。结果显示,650℃下,变形TiAl合金的三维小裂纹在低于长裂纹扩展门槛值的区域依然能够扩展,并且扩展速率高于长裂纹;位于试样棱边的横向机械加工刻痕是合金三维小裂纹萌生的主要位置之一,小裂纹在扩展过程中发生偏折并在偏折处合并,合金的疲劳寿命对试样表面的不规则条状加工缺陷不敏感;在650～800℃温度范围内,合金的疲劳长裂纹稳态扩展速率对温度变化不敏感,裂纹扩展过程均显示为解理断裂,裂纹扩展门槛值受韧/脆转变温度影响,韧/脆转变温度以下温度的门槛值较低。     

考虑应力比和门槛值的海水腐蚀疲劳裂纹扩展预测模型

采用自行改造的海水腐蚀疲劳试验机,研究了3 Hz频率、不同应力比R (0.1、0.3、0.5)下,海洋工程用结构钢DH36Z35在空气和人造海水中疲劳裂纹扩展动力学行为。结果表明:相同裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK下,空气和海水环境中都显示疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增加而增加的规律,在近门槛值区间1×10-7mm/cycle≤da/d N≤1×10^-6mm/cycle该现象尤其明显;在疲劳裂纹扩展速率da/d N>1×10-6mm/cycle的中速区间,空气中和海水中疲劳裂纹扩展速率出现拐点,高于该拐点海水加速裂纹扩展,低于该拐点海水抑制裂纹扩展,且应力比R越大,拐点对应裂纹扩展速率越高。依据空气和海水中不同应力比和门槛值条件下疲劳裂纹扩展速率实验结果,提出了一种修正的Walker模型,可通过空气中疲劳裂纹扩展速率预测不同应力比下海水环境中疲劳裂纹扩展速率。     

不同应力比和腐蚀环境条件下X80钢疲劳裂纹扩展速率研究

在空气和不同浓度H₂S环境中对X80管线钢进行了应力比为0.1和0.3的低频腐蚀疲劳试验,以获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK之间的Paris表达式,研究X80钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展速率。结果表明：腐蚀环境能加速X80钢的裂纹扩展,当H₂S浓度为100 mg/L时,含H₂S环境中裂纹扩展速率是空气中的2.9倍;随着H₂S浓度的增大,裂纹扩展速率呈指数增大;随着应力比的增大,平均应力增大,裂纹闭合效应减小,裂纹尖端完全张开,材料与腐蚀介质接触面积增大,导致裂纹扩展速率增大。     

GH4720Li合金裂纹扩展速率的温度敏感性

测定了难变形高温合金GH4720Li在650℃、700℃、750℃及800℃空气环境下的裂纹扩展速率,并结合断口分析了在纯疲劳及保载条件下温度对合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着温度升高,合金裂纹扩展速率的增长幅度变大。800℃时,合金的疲劳裂纹扩展速率急剧增大。高温下,疲劳裂纹的扩展方式发生了明显变化,650℃时断口为沿晶和穿晶混合型,700~800℃时裂纹以沿晶断裂为主。保载时间的延长,裂纹扩展速率加快,且裂纹扩展速率的温度敏感性增加。     

16MnR钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展规律

采用压力容器用16MnR热轧钢不同缺口尺寸、不同厚度的紧凑拉伸 (CT)试样, 进行了不同温度、不同应力比条件的一系列疲劳裂纹扩展实验, 得到了相应实验条件下的疲劳裂纹扩展速率. 讨论了高温环境、缺口半径、应力比及试样厚度对疲劳裂纹扩展行为的影响规律. 结果表明: 16MnR钢在环境温度为150和300 ℃时的疲劳裂纹扩展速率比25和425 ℃时低, 300℃时疲劳裂纹扩展速率最低, 300℃以上时随温度的升高裂纹扩展速率增大; 缺口半径的大小对初期疲劳裂纹扩展有较大的影响; 应力比对16MnR钢的疲劳裂纹扩展行为没有影响; 疲劳裂纹扩展速率随试样厚度的增大而增大.     

不同温度下Ti40合金的疲劳裂纹扩展行为

研究了Ti40合金在室温、300、500和600℃下的疲劳裂纹扩展行为,计算了Ti40合金在300、500、600℃下当△K为20 MPa m1/2时与裂纹扩展密切相关的表观激活能.结果表明:随温度升高,Ti40合金疲劳裂纹扩展速率增加;不同温度下的疲劳裂纹扩展曲线在△K为45.50MPam1/2处相交于一点.表观激活能值随温度升高先增加后减小,在500℃时达到最大,由此可见,500℃是Ti40合金热力学等性质发生变化的转折点.     

TB6钛合金疲劳及裂纹扩展性能研究

本文对TB6钛合金锻件弦向和径向两种取样方向分别进行了室温和200℃下旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳和疲劳裂纹扩展性能试验研究。试验结果表明,弦向（C）和径向（R）两种取样方向对该合金锻件的旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展性能没有影响;温度升高可加速该合金锻件的疲劳裂纹萌生,但在裂纹扩展阶段,该合金高温下的韧性优势与屈服强度降低的劣势平衡的结果使其在室温～200℃温度范围内的疲劳性能基本不受温度的影响;在10—20mm的厚度范围内,厚度对该合金的疲劳裂纹扩展性能没有影响;在3．5％NaCl盐雾环境中。腐蚀介质对TB6钛合金的疲劳裂纹扩展速率在初始阶段有迟滞作用,但在应力强度因子范围大于14MPa m后有加速作用。     

新型镍基粉末高温合金FGH98的高温疲劳裂纹扩展行为研究

测定了新型粉末高温合金FGH98在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,与前两代粉末高温合金FGH95和FGH96的裂纹扩展速率进行了比较分析,研究了合金显微结构以及保载时间对FGH98合金裂纹扩展速率的影响.结果表明,FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展抗力较前两代粉末高温合金有了明显提高.控制固溶后以适当的方式冷却,使得二次和三次γ’相均匀匹配析出,可以获得具有良好疲劳裂纹扩展抗力的合金组织.粗晶组织有利于降低FGH98合金的疲劳裂纹扩展速率,尤其是在近门隘区.FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展速率随保载时间的增加而增加,其断裂模式相应地从穿晶-沿晶混合断裂变为沿晶断裂.     

温度对TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对TC4-DT损伤容限型钛合金在150℃，25℃下的疲劳裂纹扩展速率da／dN进行了测试，给出了扩展速率和应力强度因子幅值AK之间的关系曲线。用SEM对2种温度下断口形貌进行了观测，实验结果表明，150℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率，25℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值；稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存，150℃的da／dN试样中的疲劳辉间距比25℃试样细；快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征，150℃的da／dN试样中的韧窝比25℃试样深。     

2Cr13钢的疲劳裂纹萌生与扩展行为

通过对2Cr13钢进行疲劳裂纹萌生与扩展速率试验,获得该钢在两种不同调质处理下的疲劳裂纹萌生寿命Ni的回归方程、疲劳裂纹萌生门槛值以及裂纹扩展速率da/dN表达式。结果表明,与970℃淬火+710℃回火×6h工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火×5h处理后的缺口疲劳裂纹萌生抗力有所改善;当应力强度因子较低时,在640℃×5h回火时的2Cr13钢的疲劳裂纹扩展抗力稍好一些;当应力强度因子较高时则反之。     

焊接对X65钢腐蚀疲劳裂纹扩展影响的试验研究

对于深海油气输送结构,焊接产生的初始预应力会对其腐蚀疲劳性能产生影响。针对深海油气输送常用材料X65钢开展腐蚀疲劳裂纹扩展试验。分别从焊接热影响区和母材上制备了标准紧凑拉伸(CT)试样,利用直流电压降(DCPD)方法测量了疲劳裂纹扩展长度,对焊接试件的腐蚀疲劳性能进行了研究,并拟合出了两种试件在不同试验环境下的Paris常数C和m。试验结果表明:在0.2 Hz的加载频率下,腐蚀溶液可明显加快裂纹扩展速率,并使裂纹扩展阈值分别提高16.25%和13.75%。焊接试件在空气环境下拟合的C值和m值均要略高于母材试件,在腐蚀环境下其C值和m值要略低于母材试件。     

压铸镁合金AZ91HP疲劳裂纹扩展行为的研究

在保留压铸态截面的条件下,通过对压铸（Ｆ）,固溶（Ｔ４）和峰时效（Ｔ６）三种热处理状态的压铸镁合金ＡＺ９１ＨＰ薄板试样在不同频率下的疲劳裂纹扩展速率试验结果的分析发现,疲劳裂纹扩展速率随着加载频率绵提高而降低。固溶处理能够降低疲劳裂纹扩展速率,随后后的时效处理又加剧了疲劳裂纹扩展速率的提高。     

固溶处理和疲劳保载时间对FGH96合金高温疲劳裂纹扩展速率的影响

测定了FGH96合金在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,研究了合金显微结构、固溶冷却速率及保载时间对FGH96合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,控制固溶后以适当的方式冷却,使得二次和三次γ′相均匀匹配析出,可以获得具有良好疲劳裂纹扩展抗力的合金组织。FGH96合金的高温疲劳裂纹扩展速率随保载时间的增加而增加,其断裂模式为沿晶断裂。     

应力比对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

采用三点弯曲实验研究应力比R对处于不同环境下的D36钢稳定裂纹扩展区疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,空气中应力比对pairs区的疲劳裂纹扩展速率影响不大,然而海水环境中,在中等△K值范围内,应力比对裂纹扩展速率影响较空气中明显,且其裂纹扩展速率随着应力比的增加而增大.这种现象产生的原因是氢脆作用随着应力比的增大显著增强.通过三电极体系在f=1 Hz,R=0.1条件下分别对试件施加-400,-600,-800,-1000和-1200 mV的电极电位.结果表明,强阴极极化 (-1200 mV) 和阳极极化 (-400 mV) 在一定△K范围内会加速裂纹扩展,综合得出该条件下腐蚀疲劳的阴极保护电位为-800 mV.而应力比为0.3和0.5时施加-800 mV的电极电位对材料的保护作用减弱.     

S690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为拘束效应

S690高强钢由于其良好的综合力学性能广泛用于海洋平台中. 海洋平台结构易产生腐蚀疲劳失效,海水腐蚀、循环载荷和结构本身的拘束水平对裂纹扩展有重要的影响. 通过空气中和海水环境中的S690高强钢疲劳裂纹扩展试验,结合显微断口分析,研究了拘束水平对S690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响. 结果表明,在阳极溶解和氢致开裂的共同作用下,海水环境对S690高强钢疲劳裂纹扩展具有明显的加速作用. 同时随着裂纹的不断扩展,拘束水平对S690高强钢腐蚀疲劳裂纹的影响不断增加,且裂纹扩展速率与裂纹扩展前后的拘束水平增量和结构本身的拘束水平均密切相关.     

极化和频率对A537钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响

利用三电极技术研究了极化和频率对A537低合金钢在3.5%NaCl活化体系的腐蚀疲劳的裂纹扩展行为,包括对裂纹扩展速率和断口形貌的影响.结果表明,在活化体系中,强极化条件,频率越小,裂纹扩展速率越大;在阴极保护条件下,频率对裂纹扩展速率的影响很小.阳极溶解和阴极析氢可以增加裂纹扩展速率.裂尖析氢量的大小决定了断口解理面大小.在裂尖塑性区内的位错结构为胞结构,而在塑性区外为长位错线     

加载频率对中温环境下疲劳裂纹扩展的影响

由于材料或环境的因素,加载频率对疲劳裂纹扩展速率将产生很大的影响,以工业Ｔｉ为对象,研究了中等温度环境下疲劳裂纹扩展性能及加载频率的影响,并用弹、粘塑性理论对其进行了理论上的探讨,基于该理论导出的本构关系和利用有限元方法,对裂纹尖端的应力应变进行了分析,结果表明,粘塑性应变范围和Ｊ积分范围可作为裂纹扩展的控制参数,能很好地反映加载频率对裂纹扩展的影响。     

TiN夹杂物对690合金传热管疲劳裂纹扩展行为的影响

采用销加载拉伸(PLT)方法和直流电压降法(DCPD)测试技术,测量了690合金管在室温和高温325℃空气中的疲劳裂纹扩展速率。结果采用Priddle模型拟合分析,预测得到了690合金管在室温和325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔK_(th)和断裂韧性K_c,高温下材料的疲劳裂纹扩展速率明显加快,表现为ΔK_(th)和K_c显著下降。试验结束后在扫描电镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,疲劳断口上观察到大量的TiN夹杂物,分析表明TiN夹杂物对690合金管的疲劳裂纹萌生和扩展有促进作用。     

金属材料疲劳裂纹扩展寿命的可靠性实验研究方法

在机械零件的疲劳试验中,一般是以出现宏观可检裂纹作为疲劳寿命的终点。事实上,金属材料的疲劳破坏经历了裂纹的形成及其扩展两个阶段。为了对机械零件进行“破损安全”设计,必须对金属材料疲劳裂纹扩展速率的概率特性和裂纹扩展寿命的分布特性进行研究。本文指出了金属材料疲劳裂纹扩展速率da/dN的测试方法上的一些注意事项,在此基础上,给出了一种切实可行的方法以分析上述特性。借助于电子计算机进行蒙特卡罗模拟,可以具体计算裂纹扩展寿命的分布,并与实测分布进行比较。一、裂纹扩展速率da/dN的四种常用表达式一般认为在单轴循环交变应力下,垂直于应力方向的裂纹扩展速率可写成如下形式