超声疲劳试验方法在40Cr钢疲劳性能研究中的应用

用超声疲劳试验方法(频率为20kHz)测定40Cr钢在10^5～10^10周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线。结果表明，40Cr钢的疲劳寿命(SN)曲线在10^5～10^10周次范围内始终保持下降趋势，在l0^5周次以上没有水平段。超高频疲劳载荷下的S-N曲线同样能用Basquin关系式描述。与常规频率下的疲劳性能相比，高频载荷下的疲劳强度增加。20kHz循环载荷下，40Cr钢10^7周次的疲劳强度为443MPa，10^10周次时为235MPa。     

超声疲劳试验方法在铸铝疲劳试验中的应用

应用20kHz频率下的超声疲劳设备完成亿周次疲劳试验，获得铸铝AS5U3G-Y35超高周疲劳特性。通过20kHz频率下的超声疲劳试验和35Hz频率下的常规试验，完成10^4～10^10周的S-N曲线。试验结果表明，在10^7周以上试件仍会发生疲劳断裂。在10^7～10^10周之间，当应力比R=-1时，疲劳强度随循环数的增加而下降；当应力比r=0．1时，在循环数超过10^8周时，疲劳强度不再下降，S-N曲线出现平台。比较20kHz和35Hz两种频率下的试验结果，在10^4～10^7周之间没有明显差别，即铸铝AS5U3G-Y35在超声疲劳试验中不存在频率效应。扫描电镜观察试件疲劳断裂面发现材料中分布许多小的缩孔，而且大多数试件的疲劳破坏都发生在试件表面或接近表面的缩孔处。     

铝合金超声疲劳行为研究

研究LY10、LY12、2219、6061和AS5U3G—Y35五种铝合金的超声疲劳行为。获得的6条S-N曲线显示，铝合金在10^7～10^10疲劳周次区间仍然发生疲劳断裂，N=10^10时的疲劳强度显著低于N=10^7时的疲劳强度。断口分析表明，铝合金对表面完整性极其敏感。与黑色金属和钛合金不同，铝合金试件在极高周次疲劳中，裂纹仍然主要由表面或次表面起裂。铝合金试件的疲劳断口没有发现明显的“鱼眼”现象和黑影区。超声频率下极高的应变速率和位错移动速率增加了脆性质点开裂和沉淀相的溶解现象，引起微观组织局部失效，从而形成疲劳裂纹的萌生和扩展。     

S38C车轴钢的旋转弯曲和超声振动疲劳性能研究

选取经硬化（强化）处理的S38C车轴钢小试样,分别采用旋转弯曲疲劳试验机和超声振动疲劳试验机进行疲劳试验,研究其旋转弯曲和超声振动疲劳性能。研究表明,对于具有低温回火马氏体组织的S38C车轴材料,若以4×108周次不发生疲劳破坏的最大应力为疲劳极限,旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限为775 MPa,超声疲劳试验得到的疲劳极限为675 MPa。通过升降法试验得到(旋转弯曲加载)的具有低温回火马氏体组织的S38C材料在108周次的疲劳极限：对应失效概率10%、置信度95%的疲劳强度下极限为707 MPa;对应失效概率1%、置信度95%的疲劳强度下极限为647 MPa。     

S38C车轴钢的旋转弯曲和超声振动疲劳性能

选取经硬化(强化)处理的S38C车轴钢小试样,分别采用旋转弯曲疲劳试验机和超声振动疲劳试验机进行疲劳试验,研究其旋转弯曲和超声振动疲劳性能。研究表明,对于具有低温回火马氏体组织的S38C车轴材料,若以4×108周次不发生疲劳破坏的最大应力为疲劳极限,旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限为775 MPa,超声疲劳试验得到的疲劳极限为675 MPa。通过升降法试验得到(旋转弯曲加载)的具有低温回火马氏体组织的S38C材料在108周次的疲劳极限:对应失效概率10%、置信度95%的疲劳强度下极限为707 MPa;对应失效概率1%、置信度95%的疲劳强度下极限为647 MPa。     

LY10的超声疲劳性能研究

应用超声疲劳试验技术研究了LY10铝合金在超声振动载荷 (f =2 0kHz ,R=- 1)下的疲劳性能。并应用不同尺寸试样进行实验对比 ,发现试样在一定尺寸范围内 ,尺寸的改变不会引起疲劳破坏的总循环次数的变化。应力 寿命 (S N)曲线显示 ,在 10 6～ 10 9周次之间 ,曲线仍有下降趋势 ,而未呈现水平渐进线。扫描电镜观察试件疲劳断裂面发现 ,疲劳破坏主要源于试样表面 ,铝合金对表面状态十分敏感。     

TiAl 合金高周弯曲疲劳研究

应用压电超声疲劳试验技术,开发20 kHz频率下的三点弯曲疲劳试验系统,完成室温下TiAl合金超高周弯曲疲劳试验.结果表明,在疲劳循环大于107周时,试样仍会发生疲劳断裂.S-N曲线显示,当应力比R=0.7时,在107周后会出现疲劳极限,表面粗糙度对疲劳性能没有明显影响.当R=0.1 及R=0.5时,在105～1010周之间疲劳强度随循环次数的增加连续下降,S-N曲线未出现水平.光学显微观察发现,TiAl合金由α2-Ti3Al 和γ-TiAl组成(γ α2钛铝合金),具有全片层状显微结构.疲劳破坏主要起源于试件表面承受应力最大处,层状晶体内层间裂纹萌生是 TiAl合金主要的裂纹萌生方式,疲劳裂纹主要以穿晶方式扩展.在超高周循环条件下, 疲劳裂纹也会从试样近表层处的铸造缩孔萌生.     

疲劳载荷对P92钢高温拉伸性能的影响

在650℃、应变控制条件下对P92钢进行了不同循环周次的疲劳试验,随后在650℃进行了拉伸性能试验,研究了疲劳载荷对该钢高温拉伸性能的影响。结果表明:经不同周次疲劳试验后,P92钢的高温拉伸性能下降,当循环周次达到20%N_f(N_f为疲劳寿命)时,抗拉强度和屈服强度分别下降了19.1%和38.6%,当循环周次高于20%N_f时,抗拉强度和屈服强度趋向稳定;疲劳试验试样的拉伸断口均呈韧性断裂特征,当循环周次由0增至20%N_f时,拉伸断口上的韧窝由小而深变为大而浅,当循环周次达到20%N_f以上时,韧窝尺寸变化不大。     

不锈钢焊接接头疲劳强度试验研究

通过焊接接头疲劳试验对SAF2 2 0 5双相不锈钢和 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊接接头S—N曲线进行详细分析 ,并与 16Mn钢焊接接头的试验结果进行比较 ,讨论不同材料焊接接头及试样接头型式对S—N曲线的影响。试验结果表明 ,SAF2 2 0 5钢和 1Cr18Ni9Ti钢焊接试样的常数m和N =2× 10 6疲劳强度与国际焊接学会 (IIW )推荐的数值有较大差异 ,采用IIW的S—N曲线对本文不锈钢焊接试样疲劳评定时 ,将给出偏于安全的结果 ;接头型式不同导致焊接接头局部应力集中有较大差异 ,因而对采用名义应力表示的S—N曲线有明显影响 ;在同类接头形式下 ,SAF2 2 0 5钢和1Cr18Ni9Ti钢焊接接头的焊态疲劳强度高于 16Mn钢焊接接头 ,而双相不锈钢接头具有更高的疲劳强度     

加载频率对FV520B-I钢超高周疲劳性能的影响

采用超声疲劳试验方法和常规疲劳试验方法,对FV520B-I钢在20kHz和140 Hz频率下的超高周疲劳性能进行了研究,分析了加载频率对FV520B-I钢超高周疲劳性能的影响,并基于Basquin方程对超声疲劳试验数据进行了修正。结果表明:在应力幅值相同的情况下,试验钢的疲劳寿命随加载频率的提高而增加,而疲劳强度随加载频率的提高而降低;常规疲劳试验和超声疲劳试验下试验钢的疲劳断裂机制和断口形貌基本相同;修正后的超声疲劳试验数据与常规疲劳试验数据具有较好的相容性。     

缺口应力集中对40Cr钢高周疲劳性能的影响

用超声疲劳试验方法测定了40Cr钢光滑试样和缺口试样在105-1010周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了缺口应力集中对疲劳性能的影响。结果表明:两种试样的S-N曲线呈现连续下降特征;缺口应力集中对材料疲劳性能的影响表现出阶段性特征,存在一个临界疲劳断裂循环数Nc,当疲劳断裂周次NfNc,Kf随Nf的增加而减小。在107以上超高周范围内,Kf和疲劳缺口敏感系数g与Nf具有线性关系。     

球墨铸铁 GS 52 的超声疲劳寿命研究

用超声疲劳试验技术研究了球墨铸铁ＧＳ５２在２０ｋＨｚ时的疲劳寿命。与３０Ｈｚ常规试验结果进行了比较,未发现高频率对ＧＳ５２的疲劳寿命有影响。Ｓ－Ｎ曲线显示在５１０５～１０７周次时,超声疲劳与常规试验结果一致,在１０６～３１０９周次之间,曲线仍稍下降,而未呈水平。Ｎｔ＝１０７周次的条件疲劳极限为２２０ＭＰａ,１０９周次时为２０５ＭＰａ。     

超高强度钢十亿周疲劳研究

利用20kHz压电超声疲劳试验技术，对六种抗拉强度高于1500MPa的低合金钢进行测试。结果表明，这些材料并不存在传统规范中所谓的“疲劳极限”，它们在超过10^7，甚至10^9应力循环后仍然继续发生破坏，而且其S－N曲线表现出“阶梯”型特征。研究还发现，这些材料都存在一个分界应力幅值区间（或应力循环数区间，大约在10^6到10^7的平台内），裂纹萌生由试件表面向其内部转换。实验证明了十亿周级超高周疲劳裂纹由试件内部萌生的机理。     

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。     

高强度圆柱齿轮S-N曲线转折点循环数N0的初步研究

零件的S—N曲线转折点循环数N0是零件疲劳强度评价和设计的一个重要参数。现有试验表明，材料的S—N曲线转折点循环数N0和零件的S—N曲线的N0值相差不大，可用材料的S—N曲线的N0值代替零件的S—N曲线的N0值。对高强度圆柱齿轮单齿的弯曲疲劳S—N曲线进行试验研究，得到了高强度齿轮的S—N曲线转折点循环数N0，结果表明，高强度齿轮的S—N曲线的N0值远远小于其材料的S—N曲线的N0值，不能用材料的S—N曲线的N0值代替零件的S—N曲线的N0值。从微观组织上初步解释了高强度齿轮的S—N曲线的N0值远小于材料的S—N曲线的N0值的原因。     

基于激光测振仪的兰姆波离面和面内位移检测

激励模态和频响特性是超声导波传感器性能评估的两个重要指标,而传统的传感器,如压电传感器和电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)等,受自身带宽和模态选择性的影响,无法有效地实现这两个参数的评估。激光测振仪可以测量结构中弹性波原始的离面和面内位移,且测量不受带宽的限制,因而是进行超声导波传感器激励模态测定和频响特性测量的理想方法之一。采用此种方法对一种周向一致激励兰姆波的EMAT进行测试,结果表明,此传感器在150～210 kHz的范围内能激励产生出单一S0模态兰姆波,在50～150 kHz范围内,A0模态与S0模态共存。利用激光测振仪检测离面和面内位移的方法,是进行传感器评估和兰姆波接收的有效方法,在超声导波的非接触测量、高温波导体检测及弹性波传播3D可视化方面也有广阔的应用前景。     

平均应力对50钢超高周疲劳性能的影响

为了进一步拓宽超声疲劳试验的研究范围,对50钢进行了含有平均应力的三点弯曲和非对称拉压疲劳性能试验,得到相应的疲劳,S-N曲线,研究了平均应力对其超高周疲劳性能的影响。结果表明：超声频率加载下平均应力对50钢疲劳性能有显著影响,在应力幅相同的情况下,随着平均应力的增大,疲劳寿命降低;常规疲劳用于描述平均应力影响的Morrow关系仍能描述超声频率加载下高周疲劳（〈10^7周次）范围内拉伸平均应力对50钢疲劳性能的影响,但是不能用来描述超高周范围内拉伸平均应力和弯曲平均应力对疲劳性能的影响;常规疲劳用于描述平均应力影响的Goodman模型仍能很好地描述超声频率加载下一定寿命的应力幅值和平均应力的配合。