激光冲击强化对FV520B钢疲劳寿命的影响

为提高叶轮的使用寿命,对叶片的抗疲劳性能提出了更高的要求,激光冲击强化（LSP）处理是提高材料抗疲劳性能的重要途径。针对FV520B钢棒状试样进行LSP试验和不同应变幅值下的单轴低周疲劳试验,并进行疲劳寿命预测。结果表明,LSP后试样的表面硬度由330 HV提升至490 HV,且LSP后试样表面产生约-90 MPa的残余压应力。相比于未冲击试样,LSP试样的疲劳寿命均有所提高,±0.5%应变幅值下试样的疲劳寿命提高132.2%。SEM结果表明,LSP后试样表面产生的残余压应力抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,裂纹萌生位置由试样表面向次表面转移,且疲劳条纹的间距和韧窝尺寸减小,从而延长了试样的疲劳寿命。采用Manson-Coffin方程针对光滑试样和LSP试样进行疲劳寿命预测,总的来说,对于光滑试样预测结果与试验结果吻合较好;对于LSP试样,预测的疲劳寿命偏保守。考虑残余压应力的影响针对Manson-Coffin方程进行修正,得到了较好的预测结果。研究结果可为FV520B材料LSP处理工艺和疲劳失效研究提供理论依据。     

600 MPa级热轧双相钢的高周疲劳性能

对热轧组织为铁素体+马氏体(1号)、铁素体+贝氏体+部分马氏体(2号)的600 MPa级热轧双相钢进行了应力比为0.1的拉-拉高周疲劳试验,并对疲劳性能进行了对比分析。结果表明:1号双相钢的疲劳极限为433 MPa,2号双相钢的疲劳极限为413 MPa。两种双相钢的疲劳断口均由疲劳源区、扩展区和瞬断区组成,疲劳源出现在试样顶角或近表面处,低应力时为单一疲劳源,高应力时为多疲劳源。裂纹扩展区除了有大量的韧窝,还有第二相粒子、疲劳辉纹和二次裂纹等特征。低应力幅时1号试样的疲劳辉纹较窄,疲劳寿命高于2号试样;高应力幅时2号试样的韧窝较深,疲劳寿命高于1号试样。在拉-拉载荷作用下,1号试样的裂纹为沿晶扩展,2号为穿晶扩展。透射电镜观察结果表明:在相近的应力幅下,疲劳断口附近高密度的位错缠结阻碍了位错的进一步运动,从而提高了双相钢的疲劳性能。     

预变形对2E12铝合金拉伸性能和疲劳寿命的影响

采用拉伸性能及疲劳寿命测试、扫描电镜和透射电镜观察等方法研究了固溶处理后预拉伸变形量对2E12铝合金拉伸性能及疲劳寿命的影响。实验结果表明,随着固溶处理后预变形量的增加,合金强度增加,延伸率下降,呈现典型的加工硬化特点,但是抗拉强度的增幅要小于屈服强度;另外,随着预变形量的增加,2E12铝合金疲劳寿命呈逐渐下降趋势。这些结果主要是由于预变形增加了合金基体内位错密度,从而既提高了合金屈服强度,又提高了试样表面及内部微裂纹缺陷的形成数量。     

齿轮用LZ50钢在热疲劳运转过程中的弯曲疲劳性能

研究了机械齿轮用LZ50钢光滑试样和缺口试样在热疲劳运转过程中的弯曲疲劳性能。结果表明,环形缺口的存在对LZ50钢的旋转弯曲疲劳寿命有着很大的影响,因此LZ50钢旋转弯曲过程中,应当尽可能的减小试样表面的损伤和缺陷。     

Q345R钢低周超低周疲劳性能研究

从压力容器的实际工况和抗震安全性设计出发,对Q345R钢进行低周、超低周疲劳试验。在MTS-809疲劳试验机上进行试验,采用轴向恒应变控制方法;获得其典型迟滞回线及低周、超低周循环应力-应变曲线,与拉伸应力-应变关系比较得出Q345R钢为循环硬化材料;开展回归分析,确定了材料的疲劳特性参数及应变-寿命曲线。为压力容器抗震设计、疲劳寿命预测提供依据。     

1100MPa级高强钢的低周疲劳行为

研究了在对称应变控制条件下1100 MPa级调质态高强钢的低周疲劳性能,借助OM、SEM、TEM等手段对高强钢在低周疲劳载荷下的微观组织、断口形貌、裂纹扩展特性、夹杂物形态等进行了研究。结果表明,调质态1100 MPa高强钢具有优异的低周疲劳性能,主要有2个原因:一是由于夹杂物形态为近圆形,直径为2～5μm,低于夹杂物引起疲劳裂纹萌生的临界尺寸,裂纹萌生于试样表面,提高了疲劳裂纹萌生寿命;二是原奥氏体晶界、马氏体板条包/束界、夹杂物/孔洞都会诱导裂纹偏转,使裂纹走向曲折,降低了裂纹扩展速率,提高了疲劳裂纹扩展寿命。     

高强轴承钢GCr15的疲劳性能与寿命预测研究

高强钢部件常用的关键机械部件之一,建立其寿命预测模型具有十分重大的现实意义。本文利用超声波疲劳试验机对高强钢GCr15的疲劳性能进行研究,进而对其断口进行了显微观察,利用扫描电子显微镜测量了内部夹杂物和细小晶粒区等多个尺寸,最终建立了该高强钢的超高周寿命预测方法。     

喷丸处理对马氏体时效超高强度钢疲劳性能的影响

通过喷丸处理改善固溶+时效态某马氏体时效超高强度钢的疲劳性能。采用成组法和升降法对喷丸前后试样进行应力比R=-1的旋转弯曲疲劳试验,得到喷丸前后试样的疲劳寿命及1×10⁷周次下的疲劳极限,采用双加权最小二乘法拟合喷丸前后试样S-N曲线。采用X射线衍射法测定喷丸后试样残余应力,并结合ANSYS有限元数值分析,研究了喷丸残余应力对某超高强度钢疲劳性能的影响。结果表明:喷丸可显著提高某超高强度钢的疲劳寿命和疲劳极限,喷丸后的疲劳极限约为喷丸前的1.37倍;喷丸后产生的残余应力使疲劳源远离表面,且外载应力越小,疲劳源距离表面越远,寿命提高的效果越明显。     

首钢590MPa级高疲劳寿命轮辐用钢的研制

首钢微合金轮辐用钢S590D研制过程中采用了3种工艺制度,并在各种工艺制度下对力学性能、组织和平板疲劳性能进行了分析。抗拉强度590 MPa级工业生产用钢具有优良的断后伸长率,冷弯性能合格,满足轮辐用钢的加工要求;对3种工艺制度下的平板进行了高周疲劳寿命测试并绘制S-N曲线,同时对车轮弯曲疲劳寿命进行了跟踪,结果表明,比例更高的均匀等轴铁素体组织类型有利于获得理想的疲劳性能,并提出平板高周疲劳寿命S-N曲线与实际车轮疲劳寿命测试结果具有一定的密切相关性。     

汽车稳定杆用55Cr3弹簧钢的低周疲劳性能

从汽车稳定杆用钢的实际应用需求出发，采用轴向应变控制方法，应变循环比R为-1，试验频率为0.1~1.0 Hz，疲劳试验加载波形为三角波，轴向总应变幅范围设定为0.35%~1.2%，测试了55Cr3弹簧钢低周疲劳性能，并对试验数据进行拟合计算，得到55Cr3弹簧钢的循环应力 应变曲线、应变 寿命曲线和过渡疲劳寿命；通过拟合Basquin和Coffin Manson公式，获得了55Cr3弹簧钢的低周疲劳寿命预测公式，拟合R2值大于0.9。通过疲劳断口分析，55Cr3弹簧钢断裂起源于试样表面，且存在多处裂纹源，裂纹共同向内扩展，最后快速断裂。     

阳极氧化处理对2014-T6铝合金弯曲疲劳性能的影响

对2014-T6铝合金疲劳试样的缺口部位进行了阳极氧化处理,表面氧化层厚度分别为5,10和20μm.通过旋转弯曲疲劳试验机对阳极氧化处理前后的疲劳试样进行了疲劳实验.分析了阳极氧化处理对该铝合金材料弯曲疲劳性能的影响,并讨论了该材料的弯曲疲劳性能随着表面氧化层厚度增加的变化趋势.结果表明,在中低应力下,阳极氧化处理降低该铝合金材料的弯曲疲劳寿命;随着氧化层厚度增加,疲劳裂纹起始位置从氧化层表面转移到铝合金基体表面,材料的弯曲疲劳寿命降低,但厚度增加到一定程度,材料S-N曲线的倾斜部分随着氧化层厚度的继续增加基本保持不变.     

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.     

扭转预应变对Q345R钢低周疲劳性能影响的研究

采用轴向应变控制法、MTS809电液伺服疲劳试验机开展了扭转预应变后压力容器用Q345R钢的低周疲劳试验,获得了扭转预应变下材料的循环响应特征、应力-应变关系以及疲劳寿命等低周疲劳试验数据。根据应变-寿命曲线和塑性应变能-寿命曲线对试验钢的疲劳寿命进行了预测,两种方法预测结果一致。结果表明:扭转预应变对Q345R钢的疲劳寿命有明显的影响,但对其循环响应特征无明显影响,试验钢具有循环硬化特征。经过预扭转试件的裂纹扩展区出现韧窝,预扭转加速了裂纹扩展速率并增加了最后断裂区面积;而扩展区相应减小,这是预扭转导致疲劳寿命降低的原因。     

超期服役的X20耐热钢主蒸汽管道疲劳性能研究

本文的研究对象为在热电厂主蒸汽管道服役长达230,000h的X20马氏体耐热钢,对其和原始材料分别选取5个应力幅进行单轴常温疲劳试验,划分了高周疲劳区、低周疲劳区以及过渡区。通过对比试验了解了X20钢的疲劳特性,推算出两种试样的Basquin公式,用于预测X20耐热钢的疲劳寿命,并利用应力-应变曲线进行了循环应变分析。     

基于应变损伤的热挤压模具疲劳失效预测模型及验证

以典型热挤压凸模服役工况为切入点,通过有限元数值模拟获取模具危险部位的加载历程,采用Neuber算法对其进行修正,获得归一化处理之后的载荷谱作为疲劳分析的加载曲线;基于Manson-Coffin模型,实验获取模具材料在服役温度下的拉伸性能,得出材料的应变-寿命曲线,建立基于应变损伤的模具疲劳失效预测模型。针对铝合金挤压件特定工况,进行模具在球化退火+1020℃油淬+580℃×2 h两次回火处理后的疲劳寿命预测,并对模型进行验证。结果表明:所建模型预测寿命为1318次,实际寿命为1120次,模具失效部位、服役寿命与预测结果吻合良好。     

超高周疲劳寿命预测方法探讨

分析了金属材料超高周疲劳断口形貌特征,介绍了基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型和基于位错理论的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,并结合前期有关金属材料超高周疲劳行为的试验数据,对2种预测模型的误差进行分析。结果表明,基于位错理论的寿命预测模型较为准确;而基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型,其预测精度随着疲劳寿命的增加而降低,即材料组织缺陷萌生成为疲劳裂纹阶段占据疲劳寿命的绝大部分。在此基础上,提出了超高周疲劳寿命预测的研究方向:疲劳裂纹的萌生机制,特别是裂纹源表面萌生和内部萌生的竞争性机制;建立大样本数据,结合统计学方法,以工程构件的服役安全性和可靠性为基础,精确评价超高周疲劳寿命。     

40Cr钢的冲击疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验法研究40Cr钢在105～1010周次,受到冲击前后的疲劳性能,用扫描电镜分析疲劳断口形貌特征.结果表明,40Cr钢的S-N曲线始终保持下降趋势,随着疲劳循环数的增加,循环应力的变化幅度减小;受冲击后,在105～1010周次循环范围内,40Cr钢的疲劳寿命下降的趋势明显加快.在280MPa的应力下,40Cr钢未受冲击时的疲劳寿命为28.359×106周次,而受冲击后的疲劳寿命骤降到18.653×106周次,两者存在明显差距.40Cr钢受冲击前后的断口形貌无明显差异,受冲击后试样的疲劳裂纹在两侧的扩展速度更快,瞬断区面积偏大较为明显,从扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹.     

三维表面粗糙度对18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳寿命的影响

目的探究固定载荷下三维表面粗糙度S_a对18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳寿命的影响。方法通过砂纸研磨制备不同表面粗糙度及纹理方向的18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试样,测量所有试样的表面粗糙度参数S_a及三维表面形貌参数S_q、S_z、S_(sk)、S_(ku)。对试样进行旋转弯曲疲劳试验,分析疲劳寿命。结果在相同或相近粗糙度的情况下,轴向纹理疲劳试样疲劳寿命大于周向纹理疲劳试样疲劳寿命。相同纹理方向的情况下,表面三维粗糙度S_a越低,试样疲劳寿命越高。试样疲劳寿命次数与表面粗糙度参数S_a及三维表面形貌参数S_q、S_z、S_(sk)、S_(ku)均有明显的相关性。结论对于18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试样,拥有平行于疲劳应力的机械加工纹理比垂直于疲劳应力的机械加工纹理具有更小的危害性。降低18CrNiMo7-6试样表面粗糙度,能够有效提高试样旋转弯曲疲劳寿命。纹理方向平行于疲劳应力方向的试样,表面偏斜度S_(sk)对零件疲劳寿命影响不明显。     

熔炼过程产生的夹杂物对高强钢疲劳失效的影响

采用20 kHz超声波疲劳振动试验机对高强度大螺栓钢进行疲劳测试,观察其试样的疲劳断口形貌,分析其疲劳失效机理。结果表明,经过纯净化处理后的高强钢在109周次下的疲劳强度达到700 MPa,比未经纯净化的大螺栓钢提高了100 MPa。通过扫描电镜对疲劳试样断口进行观察,发现大螺栓钢的疲劳起裂分3类:表面起裂、内部夹杂物起裂和内部缺陷起裂,而经过纯净化处理之后的高强钢,起裂形式为表面起裂和内部非夹杂起裂。为提高高强钢的抗疲劳性能应从控制夹杂物和改善内部组织两方面着手。     

拉伸超载对超高强度钢A-100冲击疲劳性能的影响

研究了A-100钢单边缺口三点弯曲试样经拉伸超载处理后,冲击疲劳性能的变化。在室温下测得拉伸超载处理前后,冲击能量-冲击疲劳寿命曲线,并对冲击疲劳断口进行微观分析。结果表明:拉伸超载可延长A-100钢的冲击疲劳裂纹起始寿命而对裂纹扩展寿命无影响;试样超载后裂纹源区微观形貌发生变化,缺口根部残余压应力的存在是造成这些变化的主要原因。