大秦线C63A货车16号车钩尾销孔裂纹原因分析

使用SEM、无损探伤检测等方法研究了大秦线C63A货车E级铸钢(ZG25MnCrNiMo)16号车钩钩尾销孔裂纹断口及故障产生原因.结果表明,裂纹疲劳萌生于牵引弧面中部一点,然后裂纹以脆性特征的方式向前扩展,在淬硬层和基体的过渡区域裂纹转向两侧呈周向疲劳扩展并逐渐偏向尾销孔内表面一侧.造成国产16型车钩尾销孔牵引弧面裂纹的原因是复杂恶劣的线路运行工况,尾销孔牵引弧面结构局部应力水平偏高及表面热处理硬度梯度较大.     

支承辊淬硬层条带状疲劳裂纹的扩展动力研究

支承辊淬硬层内部条带状疲劳裂纹的形成以及由此引起的大面积剥落是支承辊危害最大的失效形式之一。本文通过对淬硬层应力状态的计算分析得出径向残余拉应力是条带状疲劳裂纹主要扩展动力的结论,并进行了疲劳裂纹扩展实验验证。在保证使用性能前提下降低支承辊淬硬层残余应力水平有利于遏制条带状疲劳裂纹发展。     

17-4PH不锈钢激光淬火疲劳性能研究

对17-4PH不锈钢进行表面激光淬火,分析了激光淬火后的组织、硬度、残余应力和疲劳寿命.结果表明:激光淬火后,17-4PH不锈钢组织分为淬硬区、过渡区和基体,淬硬层深1.2mm,平均显微硬度440HV,较基体提高60～90HV,表面残余应力为压应力,压应力的范围超过1mm.17-4PH钢激光淬火后疲劳寿命提高,且在低应力下提高效果明显,裂纹源位于次表面,裂纹扩展区增大,抵抗裂纹扩展的能力增强.     

23CrNi3Mo钢钎具断裂失效分析

采用扫描电镜和光学显微镜观察了不同类型23CrNi3Mo钢钎具疲劳破坏缺陷试样断裂形貌及显微组织,分析讨论了缺陷试样失效的原因。结果表明,高疲劳寿命的阿特拉斯钎尾缺陷试样在疲劳源裂纹萌生、扩展过程中,塑性变形特征明显,表明其具有良好的抵抗疲劳裂纹扩展能力,而国内潜孔钻头试样脆性断裂特征明显。两种缺陷试样表面均为高硬度渗碳马氏体层,但阿特拉斯钎尾缺陷试样渗碳层与基体组织的下贝氏体过渡区域较宽,基体以贝氏体组织为主,硬度梯度过渡平缓,具有良好的强度与韧性匹配;而国内潜孔钻头试样的过渡区域较窄,基体是马氏体组织。可见合理的硬度梯度分布对钎具钢强韧性匹配和疲劳寿命影响很大。     

感应淬火对半轴用非调质钢高周疲劳性能的影响

利用旋转弯曲疲劳试验方法对比研究了一种半轴用铁素体+珠光体型非调质钢感应淬火前后高周疲劳性能的变化。结果表明,试验钢试样感应淬火后表层形成了厚度约1.2 mm、平均显微硬度约650 HV0.3的马氏体组织淬硬层。该淬硬层具有较高的残余压应力和十分细小的原奥氏体晶粒。感应淬火处理后,试验钢的疲劳耐久极限从420 MPa提高到716 MPa。疲劳断口的SEM观察表明,未经感应淬火试样的疲劳裂纹均起源于试样的表面基体,而经表面感应淬火后的疲劳裂纹则起裂于淬硬层边界附近的内部基体。     

不同镀铬工艺及镀铜预处理对30CrMnSiA高强钢疲劳性能的影响

目的 尝试采用新型微裂纹铬工艺或者引入缓冲层来实现镀铬层抗疲劳性能的改善.方法 分别采用标准硬铬、自研微裂纹铬工艺对30CrMnSiA高强钢进行处理,通过旋转弯曲疲劳试验评价了两种镀铬工艺对其疲劳性能的影响.同时,对比了镀铜预处理的作用,利用FESEM分析了断口形貌.结果 相比于硬铬镀层,自研微裂纹铬镀层表面微裂纹浅而细、数目更多,密度高达1020条/cm,且裂纹未贯穿镀层,呈层状分布.在850 MPa应力下,30μm厚的硬铬镀层会使30CrMnSiA钢的中值疲劳寿命下降48％左右,疲劳断口呈多源区特征.而相同厚度的自研微裂纹铬镀层仅使基体的疲劳寿命下降了23％,疲劳试验后镀层上未发现明显裂纹、裂纹呈多向性扩展.结论 自研微裂纹铬工艺处理的30CrMnSiA钢,其抗疲劳性能明显好于硬铬处理试样.若在基体/镀铬层之间引入镀铜过渡层,可有效地减少直达金属基体的裂纹数目,30CrMnSiA钢的疲劳性能得到明显改善,中值疲劳寿命几乎接近于基体.     

热变形量对低合金耐磨铸铁冲击疲劳抗力的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和冲击疲劳试验机研究低合金耐磨铸铁冲击疲劳性能,并分析了热变形对其冲击疲劳性能的影响.结果表明,冲击疲劳裂纹在碳化物内部及碳化物与基体的界面上萌生,优先沿碳化物与基体的界面处扩展;热变形能抑制热疲劳裂纹的萌生与扩展,当变形量为40%时,其冲击疲劳性能较高.     

40Cr钢光纤激光淬火强化效果与残余应力

为提高40Cr钢的耐磨性和疲劳性能,利用YLS-4000型光纤激光器对40Cr钢表面进行淬火强化。利用扫描电镜、显微硬度计等对淬硬层组织和硬度进行了分析,采用X-350A型应力测定仪对淬硬层的残余应力和残留奥氏体进行了测试。结果表明:40Cr钢表面激光淬硬层主要由板条状马氏体组成,马氏体的体积分数在95%以上,马氏体晶粒较基体组织有明显细化;淬硬表层的平均显微硬度(710.5 HV)显著高于基体(235.5 HV),随着到表面距离的增加硬度值逐渐降低至基体硬度;淬硬层表面产生较大的残余压应力,压应力值高达230 MPa以上。     

Fatigue Behavior and Damage Evolution of SiC Fiberreinforced Ti-6Al-4V Alloy Matrix Composites

研究SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti-6Al-4V)室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件:载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600~1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平(Smax=1000 MPa),纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平(Smax=800 MPa),基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平(Smax=600 MPa),仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。     

SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的疲劳行为及损伤演化研究（英文）

研究SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti-6Al-4V)室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件:载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600~1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平(Smax=1000 MPa),纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平(Smax=800 MPa),基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平(Smax=600 MPa),仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。     

38CrMoAl钢液气弹簧活塞杆断裂失效分析

采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪对38CrMoAl钢液气弹簧活塞杆断裂样品进行检测。结果发现,断口呈快速断裂的放射状条纹特征形貌,表明该失效件断裂速度快。活塞杆末端外圆存在数条圆弧状表面裂纹,推测该处受到外力作用的高速撞击,使得法兰端承受极大的弯曲应力,最终在应力集中最大的凹槽部位产生断裂。断口剖面显微组织检测发现,法兰端存在两处凹槽,由靠近杆部的第一凹槽产生断裂。实测第二凹槽倒圆角半径R极小并产生表面裂纹,表面裂纹两侧渗氮层明显加深,表明该表面裂纹形成于渗氮处理之前,属于调质处理过程形成的淬火应力集中开裂,由此推断第一处凹槽同样存在应力集中开裂倾向。断裂源区存在表面裂纹及表面剥落,表面渗氮层脆性大。杆部外圆存在表面脱碳层,并产生脆性针状氮化物。样品表层及心部的显微组织为粗大马氏体位向的回火索氏体,基体组织为粗大过热组织,材料强韧性比正常晶粒组织显著降低。     

Cohesive interface simulations of indentation cracking as a fracture toughness measurement method for brittle materials

Cracks in brittle solids induced by pyramidal indenters are ideal for toughness evaluation since the indentation stress fields decay rapidly from the contact center and any cracks will be eventually arrested. Thus, if the applied energy release rate can be determined analytically, the material toughness can be deduced by measuring the crack length. However, such a driving force calculation is a nontrivial task because of the complex stress fields; only a number of limit cases can be solved, such as the long half-penny cracks (at least two times larger than the contact size) in the classic Lawn–Evans–Marshall (LEM) model. Important questions such as the evolution from short cracks to median/radial and then to half-penny cracks, the form of the scaling relationship that relates fracture toughness to material hardness and indenter angles, the threshold load for indentation cracking, etc., cannot easily be answered without a detailed knowledge of the co-evolution history of the stress fields and crack morphology. To this end, a finite element model of four-sided pyramidal indentation adopting cohesive interface elements is developed to study the effects of indenter geometry, load, cohesive interface parameters, and material properties on the initiation and propagation of the median/radial/half-penny crack systems. The validity and artifacts of the cohesive interface model are carefully examined, and the crack morphologies under various indentation and material parameters are systematically studied. Numerical predictions lead to a quantitative evaluation of the threshold load for indentation fracture, and an improved method for the evaluation of material toughness from the indentation load, crack size, hardness, elastic constants, and indenter geometry, which compare favorably to a large set of experiments in the literature. It is also found that the toughness evaluation method is very sensitive to Poisson’s ratio – an observation that has previously received little attentions. An approximate analysis for short cracks is developed based on the fracture mechanics of annular cracks and the embedded-center-of-dilatation model for indentation-induced residual stress fields.     

奥-贝球铁疲劳损伤过程的在线跟踪分析

应用系统分析的方法，通过三点弯曲疲劳试验，跟踪监测了奥-贝球铁试样的疲劳损伤过程。实验结果表明，在循环加载过程中，奥-贝球铁中石墨球与基体组织间的界面首先发生疲劳损伤开裂，在多数情况下疲劳裂纹并不在界面开裂处萌生，进一步的疲劳损伤是由于界面的开裂不同程度影响了基体组织内的滑移等塑性变形，并在基体内萌生疲劳裂纹。试验表明奥-贝球铁中石墨球与基体组织间的界面具有一定的疲劳强度。     

2197(Al-Li)-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

研究了2197-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展特性。结果表明,2197铝锂合金的疲劳裂纹萌生与应力水平有关,在较低应力下,主要萌生在第二相粒子、第二相粒子/基体界面以及表面缺陷处,而在较高应力水平下,还出现沿滑移带和晶界处萌生。裂纹的扩展优先沿有利滑移面,在晶粒间的扩展以沿{111}面的穿晶扩展为主,也有沿小角度晶界扩展的情况,合金具有很好的平面滑移性。裂纹在晶粒内的扩展并非沿一个滑移系的直线扩展而是频繁发生偏折,却始终沿{111}面,可剪切共格相δ’粒子造成晶内扩展路径曲折。     

In-situ observation in a scanning electron microscope on the exfoliation behavior of galvannealed Zn-Fe coating layers

Exfoliation behavior of galvannealed (GA) coating layers was continuously observed in-situ under 3-point bending load in a scanning electron microscope (SEM). Two kinds of substrate, Al-killed steel and Ti-stabilized interstitial free (IF) steel, were used. For GA coating layers formed on Al-killed steel, powdering was dominant at the region under compressive stress during the bending. Exfoliation occurred at the Γ/δ₁ interface, and the amount of exfoliation decreased with an increase in Fe content in the coating layer. Meanwhile, for GA layers coated on IF steel substrate, flaking was dominant. One of the perpendicular cracks that were pre-induced during galvannealing grew and propagated up to the Γ/Fe matrix interface with increasing strain. On the other hand, the crack initiated at the Γ/Fe matrix interface grew and propagated along the interface. Then, this crack combined with a nearby perpendicular crack, resulted in flaking.     

海洋柔性立管用钢的疲劳断裂行为

采用GPS100高频疲劳试验机研究了海洋柔性立管用钢在温轧工艺下的疲劳断裂行为。结果表明,海洋柔性立管用钢疲劳寿命随加载应力幅的升高而不断下降;疲劳裂纹产生于试样表面,裂纹源区可见变形带及河流花样,裂纹扩展区存在大量二次裂纹,瞬断区疲劳裂纹呈韧性断裂特征。在疲劳裂纹扩展过程中,裂纹的扩展能力因大角度晶界的铁素体和高强度贝氏体的相互作用而受到限制,同时在晶界处形成的二次裂纹同样可减缓扩展速率,达到提高疲劳寿命的效果。     

高速缓冲液压缸内表面裂纹扩展特性研究

由于制造缺陷、疲劳及腐蚀等原因,缓冲液压缸在服役过程中内壁会产生轴向裂纹,严重影响液压缸的结构强度、缓冲性能和使用寿命。通过AMESim液压仿真平台建立缓冲系统模型来模拟实际工况,将缓冲油压作为有限元分析的初始载荷,建立缓冲缸有限元模型和裂纹扩展模型,研究不同初始裂纹形状、裂纹位置对疲劳寿命的影响,并分析裂纹前缘动态应力强度因子和裂纹形貌的变化。结果表明：无缺陷的油缸完全能承受缓冲压力;裂纹初始长度一定时,随着深长比增大,裂纹前缘应力强度因子会整体增大,裂纹扩展速度加快;不同深长比的初始裂纹经过多次循环载荷后都更倾向于在长度方向快速扩展;缸体内不同位置的裂纹疲劳寿命存在较大差异,在壁厚较小的边角位置,疲劳裂纹扩展寿命最短。     

42CrMo高强螺栓热处理开裂原因分析

采用金相显微镜检测了 42CrMo螺栓断口的显微组织,比较了不同断裂区形貌的差别,并分析了钢中带状组织与裂纹产生间的关系。结果表明： 42CrMo螺栓心部存在的孔洞和裂纹等缺陷影响螺栓的强度,但螺栓淬火开裂的原因是淬火应力集中;螺栓横断面近中心区、放射区和瞬断区的韧性存在差别,瞬断区为韧性断裂,而近中心区为解离和沿晶脆性断裂;螺栓近中心区存在带状组织,碳化物含量高的带状组织降低钢材韧性,易萌生拉拔裂纹,成为淬火开裂源。     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.