核电站凝汽器用钛焊管蒸汽腐蚀疲劳性能研究

测定了国产和进口核电站凝汽器用钛焊管在室温大气和人工海水100℃水蒸汽介质中的疲劳性能,同时采用扫描电子显微镜对疲劳断口进行了观察,探讨了钛焊管的蒸汽腐蚀疲劳机理。研究结果表明:国产钛焊管与进口钛焊管的疲劳寿命较为接近,水蒸汽氛围大幅度降低了钛焊管的疲劳寿命;疲劳试样的裂纹均萌生于钛焊管焊缝区域的外表面,多为多源萌生,裂纹扩展均以条纹机理为主;断口处有少量二次裂纹,未发现沿晶断裂及周期解理断裂特征,静断区断口形貌为韧窝;从蒸汽腐蚀疲劳试样中,未能观察到明显的腐蚀产物;钛焊管的蒸汽疲劳腐蚀是交变应力和电化学腐蚀交互作用的结果。     

高速列车支撑槽用6005A-T6铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展行为研究

通过微观组织分析、裂纹扩展路径及断口表面形貌分析,研究了高速列车支撑槽用6005A-T6铝合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。结果表明:6005A-T6铝合金在3.5%NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展速率较空气环境中快3倍左右;腐蚀环境中疲劳裂纹呈沿晶扩展,扩展过程中出现较多的沿晶二次裂纹。6005A-T6铝合金中较高腐蚀电位的第二相促进周围α-Al基体在3.5%NaCl溶液中的腐蚀,并在腐蚀过程中同时释放H2,氢和腐蚀环境的联合作用促进了6005A-T6铝合金在3.5%NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展。     

超细晶纯钛疲劳裂纹扩展及裂纹尖端组织演变

采用疲劳裂纹扩展实验研究剧烈塑性变形制备的4种超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展行为,通过观察不同组织超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展路径,并对裂纹尖端塑性区进行显微硬度分布实验和显微组织观察,分析不同组织超细晶纯钛疲劳裂纹扩展的微观机制。结果表明,等径弯曲通道变形（equal channel angular pressing,ECAP）纯钛和旋锻后400℃退火纯钛的疲劳裂纹扩展路径曲折,而ECAP+旋锻变形纯钛和旋锻后300℃退火纯钛的疲劳裂纹扩展路径平直。循环载荷作用下,超细晶纯钛裂纹尖端区域的显微硬度和微观组织变化显著。其中ECAP+旋锻变形纯钛的组织位错密度和显微硬度降低,而ECAP变形和旋锻后退火纯钛的组织位错密度和显微硬度均升高。超细晶纯钛疲劳裂纹扩展过程中组织结构对位错运动的阻碍导致裂纹扩展方向改变,且裂纹尖端区域位错密度为显微硬度变化的主要影响因素。     

不同烧结条件下Fe-Cu-Ni-Mo-C合金的弯曲疲劳性能及断口分析

以部分扩散预合金Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末为原料,利用模壁润滑温压技术与3种烧结工艺制备合金材料,研究不同烧结工艺下合金的疲劳性能。结果表明:3组不同烧结工艺制备的试样在104~109循环周次下的应力幅值-循环周次(S-N)曲线均为一条连续下降的曲线,不存在传统疲劳概念上的疲劳极限,只存在条件疲劳极限;在107循环周次下,3组试样的条件疲劳极限分别为280、264和239 MPa。断口分析发现,3组试样的疲劳裂纹均萌生在试样表面的棱角处,且均表现为多源萌生;疲劳裂纹扩展以穿晶断裂为主,不同的组织对裂纹的扩展有明显的影响;扩展区存在典型的解理和疲劳辉纹形貌;断裂区有塑性韧窝出现。     

择优取向层片组织TiAl合金的室温疲劳行为

采用旋转弯曲加载方式,评价了择优取向层片组织Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr-0.2Zr(原子数分数,%)合金的室温高周疲劳性能,并采用扫描电镜对疲劳断口进行了观察和分析。结果显示,实验合金的应力-寿命(S-N)曲线呈现平直形态,符合Basquin方程;其条件疲劳极限为477MPa,相当于其抗拉强度的83%。断口观察发现,疲劳试样以穿层片解理方式发生断裂。疲劳裂纹主要沿位于试样表面层、与外加应力成30°~90°的层片界面萌生,之后以穿层片方式发生扩展。在同一应力水平下,疲劳寿命随疲劳源尺寸增加而减少,疲劳源尺寸波动是导致疲劳寿命大幅分散的主要原因。     

超细晶工业纯钛热变形流动应力特征研究

在室温下以等径弯曲通道变形(ECAP)技术制备超细晶工业纯钛,采用Gleeble-1500热模拟实验机对粗晶和超细晶工业纯钛在热变形条件下的流动应力特征进行了研究。结果表明:超细晶工业纯钛在热压缩过程中,热压缩条件不同流动应力变化规律会有所差异。在较低应变速率条件下,随变形程度的增加,流动应力增加到峰值后开始下降,呈现明显的动态再结晶特征;而在较高应变速率下,呈现稳态流变特征。此外,与粗晶工业纯钛相比,超细晶工业纯钛的屈服应力显著增强。     

钛铝异质自冲铆接头疲劳性能及失效机理

对纯钛(TA1)和铝锂合金(AL1420)异质单搭自冲铆接头进行静力学实验和疲劳实验研究,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的S-N曲线,分析接头的疲劳性能;采用扫描电子显微镜对接头疲劳断口进行观测,研究接头的微观疲劳失效机理.结果表明:接头的静力学性能与疲劳性能不具有一致性,TA1-AL1420(TA)接头静力学性能更优,但其疲劳性能比AL1420-TA1(AT)接头差;TA接头疲劳失效形式为下板断裂,疲劳裂纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域,随后沿着板宽方向扩展,最终导致下板完全断裂.AT接头在短寿命区因铆钉断裂失效,铆钉的断口属于脆性疲劳断裂;在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合失效形式,疲劳裂纹从下板一端萌生,沿着板宽向另一端方向扩展,导致下板断裂失效.      

高强度无取向电工钢疲劳性能及断裂机制

测试了高强无取向电工钢的S-N曲线,并借助光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析了实验钢组织,疲劳断口形貌和位错结构.结果 表明:室温条件下,频率为20 Hz,应力比R为0.1,循环107周次时,实验钢的疲劳强度为360 MPa,疲劳裂纹萌生于实验钢的次表面,裂纹萌生点附近有沿晶开裂现象,疲劳裂纹扩展区域有解理台阶与疲劳条纹,瞬间断裂区是韧性断裂,有大量韧窝.实验钢在循环应力作用下基体中产生了大量位错,并有驻留滑移带终止在晶界位置.     

时效制度对喷射成形7055铝合金抗应力腐蚀性能的影响

对喷射成形7055铝合金分别进行T6时效和双级时效处理,然后在空气和3.5%NaCl溶液中进行慢应变速率拉伸实验,测定时效处理后合金的电导率,用扫描电镜观察合金的断口形貌。研究7055铝合金在T6及3种不同双级时效态下在空气和3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀开裂行为。结果表明:7055铝合金只在一定的应变速率下应力腐蚀敏感性明显;相同时效制度下,4种应变速率(1.3×10 6,0.8×10 6,0.5×10 6和0.2×10 6s 1)中,应变速率为0.5×10 6s 1时应力腐蚀敏感性大;T6态合金的抗应力腐蚀性能最差,二级时效时间达到15 h后合金对应力腐蚀不敏感;应变速率为0.5×10 6s 1时,喷射成形7055铝合金的应力腐蚀断口的断裂方式为准解理断裂,在惰性介质中慢应变速率拉伸断口断裂方式为韧窝断口。     

应力与环境耦合条件下高强钢S135的疲劳行为

为评价应力与环境耦合(交变应力、腐蚀介质和温度耦合)对高强度钢S135疲劳性能的影响,探索应力与环境耦合对高强度钢S135疲劳的作用机制,测试了S135材料在空气中和不同温度下(25、40、60和80℃)有机盐钻井液中的疲劳寿命,分析了S135在有机盐钻井液中的腐蚀疲劳敏感性,并使用扫描电镜观察了不同温度下的断口形貌,研究了有机盐钻井液中S135腐蚀疲劳的断裂机理。结果表明,同一应力(低应力)水平下,随温度升高(25、40、60和80℃),腐蚀疲劳寿命逐渐降低,腐蚀疲劳敏感指数和温度敏感指数逐渐增加。研究认为,交变应力、腐蚀介质和温度耦合对S135材料疲劳有极大的影响,交变应力是疲劳失效的主要因素,腐蚀介质会使S135表面产生腐蚀坑,导致疲劳裂纹的萌生,温度通过加速腐蚀对疲劳破坏产生影响。     

应力与环境耦合条件下高强钢S135的疲劳行为北大核心CSCD

为评价应力与环境耦合(交变应力、腐蚀介质和温度耦合)对高强度钢S135疲劳性能的影响,探索应力与环境耦合对高强度钢S135疲劳的作用机制,测试了S135材料在空气中和不同温度下(25、40、60和80℃)有机盐钻井液中的疲劳寿命,分析了S135在有机盐钻井液中的腐蚀疲劳敏感性,并使用扫描电镜观察了不同温度下的断口形貌,研究了有机盐钻井液中S135腐蚀疲劳的断裂机理。结果表明,同一应力(低应力)水平下,随温度升高(25、40、60和80℃),腐蚀疲劳寿命逐渐降低,腐蚀疲劳敏感指数和温度敏感指数逐渐增加。研究认为,交变应力、腐蚀介质和温度耦合对S135材料疲劳有极大的影响,交变应力是疲劳失效的主要因素,腐蚀介质会使S135表面产生腐蚀坑,导致疲劳裂纹的萌生,温度通过加速腐蚀对疲劳破坏产生影响。     

WC-Co类硬质合金的低周冲击疲劳性能研究

为研究WC-Co类硬质合金的冲击疲劳断裂机制和微观组织参数对其低周冲击疲劳性能的影响,对6种牌号不同WC晶粒尺寸及Co含量的硬质合金进行了冲击疲劳试验,并用扫描电子显微镜(SEM)观察冲击疲劳断口。结果表明:当硬质合金承受冲击加载时,裂纹从粉末冶金缺陷处萌生,萌生的裂纹与孔洞相互连接形成主裂纹,主裂纹快速扩展导致材料疲劳失效。Co含量越高的硬质合金其疲劳敏感性越强,冲击疲劳寿命越短;WC晶粒尺寸越大的硬质合金其冲击疲劳寿命越长。     

Ti-2Al-2.5Zr合金低温下单向与循环变形行为

采用管材试样研究了低温下 (- 196℃ )Ti 2Al 2 .5Zr合金的循环变形行为。分析了应力比、应力幅、循环周次、加载速率等对合金循环变形行为和疲劳性能的影响。建立了循环和单调加载方式下合金的应力—应变曲线方程和疲劳寿命预测方程。根据不同循环周次下疲劳试样的金相分析和断口观察 ,讨论了合金的循环变形规律和疲劳断口特征     

Ti-2Al-2．5Zr合金低温下单向与循环变形行为

采用管材试样研究了低温下(-196℃)Ti-2m-2．5Zr合金的循环变形行为。分析了应力比、应力幅、循环周次、加载速率等对合金循环变形行为和疲劳性能的影响。建立了循环和单调加载方式下合金的应力一应变曲线方程和疲劳寿命预测方程。根据不同循环周次下疲劳试样的金相分析和断口观察，讨论了合金的循环变形规律和疲劳断口特征。     

新型冷作模具钢HYC1MOD三点弯曲疲劳性能

以一种新型冷作模具钢HYC1MOD为研究对象，通过三点弯曲疲劳试验研究了其高周疲劳性能，结合残余应力演变和断口形貌分析探讨了其断裂损伤机制。结果表明，新型冷作模具钢HYC1MOD的疲劳极限为393.75 MPa,疲劳寿命与应力幅之间的关系式为△σ_a=2 078.22-336.73 lgN_f。疲劳断裂模式为脆性断裂，疲劳裂纹主要起源于大尺寸含Cr碳化物。随疲劳周次的增加，裂纹源处的残余应力一直表现为压应力，且变化平缓，只在最终断裂时快速降低，这表明新型冷作模具钢HYC1MOD的疲劳裂纹一旦形成就快速扩展导致断裂失效，与其脆性断裂的模式一致。     

汽车齿轮轴用钢SCM440H扭转疲劳寿命及断裂特征分析

通过试验测定汽车齿轮轴用钢SCM440H经淬火和高温回火后的扭转疲劳寿命,并采用扫描电镜(SEM) 对疲劳断口进行观察、分析。结果表明,显微组织为回火索氏体的SCM440H齿轮轴用钢,在106的循环周次下,扭转疲劳强度约为253MPa;不同切应力幅下的扭转疲劳断口呈现韧性断裂特征,疲劳断口裂纹源处没有明显的析出物。     

颗粒增强铝基复合材料疲劳断裂研究

对粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了旋转弯曲疲劳试验研究。采用金相显微镜和扫描电镜分别观察了疲劳试验后复合材料纵向显微组织和疲劳断口。通过金相显微镜,观察了增强体颗粒在疲劳循环应力水平下可能的损伤形式。通过疲劳断口观察,分析了断面上不同区域的疲劳裂纹传播特征。结果表明,增强体的加入有效地提高了复合材料的屈服强度、弹性模量和疲劳性能,使复合材料高周疲劳极限提高到约250MPa（1×10^7循环周次）。复合材料的疲劳损伤随机分布于试样内。断口分析还表明复合材料疲劳同样遵循裂纹萌生,长大,失稳断裂规律,其裂纹起源于铝基体内。加入SiC颗粒减弱或遮盖了疲劳裂纹传播时的晶体学特征,使得复合材料高周疲劳断面没有发现常见的疲劳辉纹。     

梯度结构硬质合金的疲劳断裂

采用三点抗弯的方法研究WC-6Co梯度结构硬质合金和均质WC-6Co硬质合金的疲劳行为,探讨疲劳断口形貌与破坏机制的关系。结果表明:梯度结构硬质合金的疲劳裂纹在亚表面萌生;梯度结构硬质合金表层Co相发生明显塑性变形,WC相以沿晶断裂为主;中间层Co相变形也很明显,WC相解理断裂增加;内层Co相塑性变形很少,WC、η相以解理断裂为主;均质硬质合金Co相塑性变形明显,WC以沿晶、解理断裂为主,各部位断口形貌接近;梯度结构硬质合金的疲劳极限比均质硬质合金高约100 MPa;梯度结构硬质合金中疲劳裂纹沿垂直于试样下表面、平行于Co相梯度的方向形核,而均质硬质合金的疲劳裂纹沿平行于试样外表面方向形核。在应力集中效应、循环应力的作用下,Co相的马氏体相变是裂纹在亚表面萌生的主要原因;马氏体相变使Co相成为裂纹形核的快速通道,裂纹沿Co相梯度方向形核。     

等静压铍材高周疲劳寿命研究

采用拉-拉加载方式对等静压铍材进行高周疲劳试验,根据试验数据绘制了S-N曲线,获得其疲劳极限,并运用扫描电镜观察疲劳断口形貌。结果表明,等静压铍材在指定疲劳寿命10~7次下的疲劳极限为385 MPa;疲劳裂纹萌生于铍材试样边缘处,裂纹穿过晶界与相邻晶粒内的微裂纹连接合并长大;铍材试样发生瞬时解理断裂,形成主要由疲劳源和放射区构成的断口形貌;疲劳源尺寸随最大循环应力的减小而增大。     

TC11钛合金高温持久异常断裂分析

为分析TC11钛合金高温持久试样异常断裂原因,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析高温持久异常断裂试样的断口及表面微观形貌,并用能谱仪进行微区成分分析。异常断裂试样表面发生明显氧化和多处开裂,试样断口边部存在多处深褐色氧化凹坑,断口外圆周凹坑处多发生沿晶断裂,心部为韧性断裂。试样表面裂纹区域含有Cl、Mg、Na等元素,是导致试样异常断裂的直接原因。Mg、Na、Cl等元素是由捆绑热电偶的石棉绳引入,在高温环境下试样表面发生热盐应力点腐蚀,随着高温持久试验应力的持续加载试样发生形变,点腐蚀凹坑处产生裂纹并迅速延伸导致试样异常断裂。采用镍铬丝捆绑热电偶时试样表面未发生热盐应力腐蚀,其对TC11钛合金持久性能的影响很小。