ROUGHNESS-INDUCED SHEAR RESISTANCE OF MODE Ⅱ CRACK GROWTH

It is obtained in this paper that the fatigue threshold value of mode H was 1.9 times of that ofmode Ⅰ in dual-phase steel(DPS),and the normal stress intensity factor range oJ mode Ⅱbranch crack tip was 2.2 times of that of mode Ⅰ.Above results illustrate that the resistance ofmode Ⅱ crack growth was higher than that of mode Ⅰ,the former resulting fromroughness-induced shear resistance,the latter,crack closure.The mode Ⅱ component can play two important roles in near-threshold fatigue crackgrowth:(1)increasing crack tip plasticity which accelerates the crack growth and(2)intro-ducing crack surface contact and rubbing to reduce the crack propagation rate.By means ofcrack closure,the quantity of shear resistance was easily solved in this paper.The frictionshear stress strength factor range of mode Ⅱ,K_,is still much higher than the closure stressstrength factor range of mode Ⅰ,K_(Ⅰ,cl).This illustrated that the roughness enlarged the secondrole and played a role of shielding crack tip from mode Ⅱ crack.     

粗糙度引入的Ⅱ型裂纹扩展的剪切阻力

通过混合(Ⅰ/Ⅱ)型疲劳裂纹扩展门槛值和裂纹闭合效应的测试.获得双相钢纯Ⅱ型疲劳门槛值是其纯Ⅰ型的1.9倍:其纯Ⅱ型分枝裂尖正应力强度因子范围为纯Ⅰ型的2.2倍说明由同一粗糙度引入裂纹面的剪切阻力,对Ⅱ型裂纹扩展的阻碍程度将大于此粗糙度诱导裂纹闭合效应,降低裂尖Ⅰ型有效驱动力的贡献,即粗糙度对Ⅱ型裂纹扩展的阻碍比对Ⅰ型的大Ⅱ型分量在近门槛值的疲劳裂纹生长过程中能够起两个重要的作用:(1)增大裂尖塑性以至加速裂纹生长;(2)引入裂纹表面接触以至减小裂纹扩展速率本文通过裂纹闭合效应的测试,定量估算了剪切阻力,Ⅱ型摩擦剪切应力强度因子范围(△K_(Ⅱ.f))要远远大于纯Ⅰ型的闭合应力强度因子范围(△K_(ICl)),说明粗糙度的引入加大了第二种作用,从Ⅱ型裂纹角度出发起到了屏蔽裂尖的功能.     

球墨铸铁在受热状态下的近门槛疲劳断裂研究

对三种球铁进行受热状态下疲劳裂纹扩展门槛值△Kth的测定，以选择最佳成分和工艺制造机车柴油机活塞；并讨论了球铁的成分和组织对△Kth的影响。     

1500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性

对一种C—Si—Mn—Cr合金钢，通过900℃奥氏体化20min，空冷及280与370℃回火2h，获得抗拉强度为1500MPa的新型无碳化物贝氏体／马氏体(B／M)复相组织高强钢．采用C—T试样进行疲劳实验，测定了疲劳裂纹扩展速率(da／dN)及疲劳门槛值(△Kth)，利用扫描电镜观测了疲劳裂纹在疲劳循环过程中的扩展路径，分析断口形貌与显微组织间的关系．结果表明，这种无碳化物B／M复相高强钢具有较高的△Kth值，并且能明显地降低da／dN，其原因在于B／M复相组织高强钢独特的精细组织结构及疲劳裂纹尖端的闭合抗力的提高．     

应力比对25Cr2Ni2MoV钢疲劳裂纹扩展门槛值的影响

对25Cr2Ni2MoV钢进行疲劳裂纹扩展门槛值试验,试样尺寸为紧凑拉伸试样,试验的频率为20 Hz,波形为正弦波,试验环境介质为空气,试验的温度为23 ℃,试验过程采用连续的降K程序进行测试。试验结果表明,应力比R分别为0.05,0.1,0.3,0.5,0.7和0.8时,有效门槛值?Keff分别为5.30、5.10、3.68、3.34、2.72和2.43 MPa·[m],随着应力比的增加,有效门槛值逐渐降低,da/dN曲线向较小的?K方向移动;随着应力比的增加,裂纹闭合效应的影响是逐渐降低的,当应力比R≥0.7时,裂纹闭合效应消失,实际测量的门槛值即为有效门槛值,采用修正后的McEvily-Groeger公式,可以得到25Cr2Ni2MoV钢有效门槛值的经验方程。     

热处理对25Cr2NiMo1V钢疲劳特性的影响

对商用25Cr2NiMo1V钢进行了955℃淬火+665℃回火的高压端热处理(HP)和900℃淬火+625℃回火的低压端热处理(LP).通过疲劳实验测定了HP与LP试样疲劳门槛值和疲劳裂纹扩展速率.结果表明,在门槛值区,HP试样门槛值高于LP试样,而其裂纹扩展速率却低于LP试样,HP试样抵抗疲劳裂纹扩展能力高于LP试样.材料抗疲劳裂纹扩展能力的不同是由裂纹的闭合引起的,表面粗糙度诱发裂纹闭合为主要因素.HP试样中回火贝氏体的紧密分布,原始奥氏体晶粒较大以及LP试样中回火马氏体抵抗裂纹扩展能力相对较弱使HP试样中粗糙度诱发裂纹的闭合程度大于LP试样.在Paris区,HP与LP试样的扩展速率相近,裂纹扩展速率对材料微观组织和应力比的影响不敏感.     

不锈钢在循环扭转载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为

研究了带环状预裂纹不锈钢圆棒试样在循环扭转载荷下、门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为,用应力强度因子表征了裂纹扩展开始的门槛值．随着裂纹的扩展,裂纹扩展速率由于裂纹面的滑移接触而减小．通过外插裂纹扩展速率与裂纹长度之间的关系,可近似得到裂纹长度为零时无裂纹面滑移接触影响的裂纹扩展速率．施加的应力强度因子范围可分解为推动裂纹扩展的有效值和由于裂纹面的滑移接触而屏蔽掉的两部分．预测了疲劳裂纹的萌生和断裂极限,预测值和实验值相当一致．     

高强度钢压剪疲劳裂纹扩展的实验研究

滚珠轴承接触点附近的高压剪应力是引起轴承疲劳破坏的原因。为获得高强度钢在压剪疲劳加载下的断裂性态,通过轴向裂纹薄壁圆筒的压剪疲劳加载试验,研究了这类材料的疲劳破坏规律。结果表明,复合疲劳加载时门槛值对压应力分量并不敏感,但对扩散速率和临界扩展角却有明显影响。裂纹扩展速率随压应力增加而提高,裂纹较快达到失稳;裂纹扩散角则随压应力增加而减小,疲劳裂纹将向有利于Ⅰ型断裂的方向扩展。这表明轴承滚道内,任何平行于压应力的缺陷、微裂纹都将是十分危险的。     

不锈钢在扭转/拉伸复合载荷下近门槛值的疲劳裂纹扩展行为

研究了带环状预裂纹的奥氏体不锈钢圆棒试样在循环扭转／拉伸复合载荷下,门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为,分析了复合加载时不同载荷比对裂纹扩展的影响,对裂纹扩展的初始阶段进行了详细研究,用应力强度因子表征了裂纹扩展开始的门槛值．提出了椭圆方程表达的疲劳裂纹扩展开始的门槛值模型,该方程可在裂纹尖端位移准则的基础上导出．疲劳裂纹扩展停止的门槛值条件也可用椭圆方程表达．     

电解加钛改进活塞合金ZL108的疲劳裂纹扩展性能

采用对比试验方法,研究加钛和加钛方式对活塞合金ZL108疲劳裂纹扩展性能的影响。分别以电解低钛铝基合金和Al-5.3%Ti中间合金为基,熔配与ZL108合金成分基本相同的两种加钛的ZL108合金,分别记为ZL108D和ZL108R,测试三种合金的疲劳裂纹扩展速率da/dN和门槛值ΔKth。运用数据代表点拟合的新方法处理同组试样的疲劳裂纹扩展试验数据,结果表明:相对ZL108合金而言,ZL108D和ZL108R合金具有更高的抗疲劳裂纹扩展能力。两种加钛合金抗疲劳裂纹扩展性能有所提高的主要原因在于钛的细化作用,使α(Al)晶粒二次枝晶间距变小,硅颗粒分布更加均匀,圆形度提高且平均直径变小,微观上增加了疲劳裂纹扩展的阻力。而两种加钛方式的影响则差别不大。     

Ce对Al－Li合金物理短裂纹扩展特性的影响

本工作研究了２０９０和８０９０合金名义门槛值、本征门槛值和闭合效应对裂纹尾迹的响应关系。Ａｌ－Ｌｉ合金具有优良的疲劳长裂纹门槛值和强的短裂纹效应，其物理本质是高的裂纹闭合效应和裂纹闭合效应的尾迹依赖性．２０９０合金微小裂纹的扩展抗力劣于７０７５合金，系因△Ｋｉ低；８０９０合金的△Ｋｉ与２０２４合金相当，其短裂纹扩展抗力相当或优于２０２４合金，微量稀土元素Ｃｅ可显著改善２０９０合金的本征门槛值，有益于裂纹闭合效应，较大幅度提高其疲劳长、短裂纹扩展抗力。Ｃｅ降低８０９０合金的本征门槛值，有损于其疲劳长、短裂纹扩展抗力。     

高速列车车轴用EA4T钢腐蚀疲劳性能研究

目的 研究腐蚀环境中EA4T车轴钢疲劳性能,为车轴的腐蚀检测和使用寿命评估提供依据.方法 采用旋转弯曲疲劳试验机,在人造雨水模拟的腐蚀环境和空气环境中,对EA4T车轴钢试样进行疲劳试验,以获得不同环境下试样的疲劳S-N曲线、表面损伤以及裂纹扩展规律.然后对扩展裂纹进行概率统计,通过扫描电镜对疲劳失效的断口进行观察,并分析对比不同环境中裂纹扩展门槛值的变化.结果 空气环境中,试样的疲劳极限为355 MPa,而在腐蚀环境中,试样不存在疲劳极限,107循环周次对应的疲劳强度降低到245 MPa,相比空气环境中降低了31％.Gumbel分布统计与Weibull双参数分布统计相比,更适合描述EA4T车轴钢试样表面腐蚀裂纹长度随加载次数的变化.腐蚀环境中,疲劳裂纹萌生于表面腐蚀坑,并存在多个裂纹源.腐蚀环境显著降低了试样裂纹扩展门槛值,空气环境下,该值为6.29 MPa·m1/2,腐蚀环境下降低到4.1 MPa·m1/2.结论 腐蚀环境降低EA4T钢疲劳寿命的主要原因是,腐蚀环境降低了裂纹扩展门槛值,加快了裂纹萌生以及短裂纹扩展.而当裂纹达到一定长度时,腐蚀环境对裂纹扩展几乎没有影响.     

微量Sc和Zr对2524SZ合金薄板疲劳裂纹扩展特性的影响

采用拉伸和疲劳力学性能测试、金相和透射电子显微分析,研究2524和用微量Sc和Zr合金化的2524SZ合金T3态薄板的组织和性能,考察微量Sc和Zr合金化对2524SZ合金T3态薄板疲劳裂纹扩展特性的影响。结果表明:微量Sc和Zr在2524SZ合金中主要以次生的Al3(Sc,Zr)粒子形式存在,这种粒子与基体共格,固溶处理过程中能部分抑制合金的再结晶,基体晶粒组织主要由细小的亚晶组成;在相近的应力强度因子ΔK条件下,2524和2524SZ合金T3态薄板的疲劳裂纹扩展速率分别为4.50和2.35μm/cycle,表明添加微量Sc和Zr能显著降低2524SZ合金抵抗疲劳裂纹扩展速率;亚晶强化和Al3(Sc,Zr)相析出强化是微量Sc和Zr使2524SZ合金疲劳裂纹扩展速率降低的主要原因。     

氢对2(1/4)Cr-1Mo钢力学性能的影响

在模拟加氢反应器工况条件下,研究氢对加氢反应器器壁材料2(1/4)Cr-1Mo钢的力学性能的影响。采用低周疲劳实验计算原始状态和渗氢试样的裂纹扩展速率da/dN及门槛值△J_(th);并测试裂纹尖端附近的氢分布。结果表明,氢含量与应力场有关,应力越大氢含量就越高。假设在反应器壁内存在表面裂纹的情况下,估算了加氢反应器的剩余寿命。