三种组织TC17合金的疲劳裂纹扩展行为研究

本文通过对TC17合金进行常规锻造、β锻造和“β区预变形+(α+β)区大变形”,获得了等轴组织、网篮组织和球化组织三种典型显微组织,并通过裂纹扩展速率测试研究了不同显微组织对TC17合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,显微组织对TC17合金的疲劳裂纹扩展速率具有显著影响,网篮组织的抗裂纹扩展能力最优,球化组织次之,等轴组织最差,基于断裂力学和Paris公式,建立了三种典型组织TC17合金的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,对预测模型的分析发现,三种组织的长裂纹扩展寿命仅占疲劳总寿命的极小部分,控制裂纹起始(形核和短裂纹扩展)更为重要,提高抗疲劳裂纹扩展能力的意义在于提高临界裂纹长度。     

激光增材制造金刚石/Ni-Cr合金的裂纹特征

采用激光增材制造制备了多层金刚石/Ni-Cr合金试样,研究了裂纹随堆叠层数增加的变化规律、试样表面与内部的微观组织形态特征、表面与内部的微观裂纹萌生位置及宏观裂纹的形态特征以及裂纹的延伸扩展规律。结果表明：表面裂纹数量随堆叠层数增加先增加后减小。试样表面粗大晶粒组织与细晶粒组织交替排列,后成形熔覆道对已成形熔覆道微观组织具有明显热影响作用。试样内部组织从靠近基板到表面呈现细小→粗大→细小的形态,内部磨粒周边的组织比远离磨粒的组织粗大。表面微观裂纹主要萌生于粗大组织区和磨粒周边,粗大组织和磨粒有利于裂纹的扩张与延伸。在平行于激光扫描方向的熔覆层表面拉应力作用下,表面宏观裂纹主要呈现出垂直熔覆道的形态。内部微观裂纹萌生于磨粒周边、粗大组织区以及碳化物夹杂处。内部宏观裂纹可由内部裂纹向外延伸形成或由表面裂纹向内延伸形成。内部裂纹的桥接、磨粒周围缝隙、破碎的磨粒、碳化物夹杂及粗大组织均会助长内部裂纹的扩张和延伸。     

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展及裂纹尖端塑性区

研究了TC4-DT钛合金不同组织的疲劳裂纹扩展行为,观察了疲劳裂纹在不同显微组织中的裂纹扩展路径,分析了不同显微组织的裂纹尖端塑性区变形情况,并与理论计算结果进行了对比。结果表明,疲劳裂纹在片层组织中扩展路径曲折,且片层组织的裂纹尖端塑性区较双态组织的大,理论计算的裂纹尖端塑性区的范围较实际测量的范围小得多。     

TC4ELI合金疲劳裂纹尖端塑性区对裂纹扩展的影响

研究了TC4ELI合金片层组织与短棒α组织中的疲劳裂纹尖端塑性区及裂纹扩展行为.首先通过SEM及TEM观察比较两种显微组织下的疲劳裂纹尖端塑性区,讨论两种显微组织中裂纹尖端塑性区对疲劳裂纹扩展路径及扩展断口的影响,分析裂纹扩展路径和裂纹尖端塑性区对裂纹闭合及裂纹扩展速率的影响.结果表明:与短棒α组织相比,片层组织中具有较大的裂纹尖端塑性区及曲折的裂纹扩展路径,并最终从疲劳裂纹闭合的角度,解释了片层组织具有较低的疲劳裂纹扩展速率的原因.     

不同组织TA15钛合金等温拉伸微裂纹扩展规律的有限元建模研究

钛合金高温变形过程往往伴随微裂纹的产生与扩展,且其与微观组织形态密切相关,显著影响了钛合金的成形质量和成形极限。为此,利用金相照片建立了基于TA15钛合金真实组织的二维多晶体微观有限元模型,采用微裂纹扩展时间,定量研究了不同组织形态的TA15钛合金等温拉伸过程中的沿晶微裂纹形成与扩展规律。结果表明:微裂纹优先形成于三角或四角晶界处,更容易沿α-β相界扩展;等轴组织随着α相体积分数升高,微裂纹更易产生和扩展;网篮组织与魏氏组织中微裂纹易于沿与加载轴垂直取向的片层α相界面扩展,魏氏组织晶界α相为微裂纹扩展提供了路径;三态组织中微裂纹易于沿片层α相界面扩展,但是等轴α相与片层α相的交织使界面形貌复杂,阻碍微裂纹扩展。相同加载条件下,微裂纹扩展的难易顺序为:三态组织、网篮组织、魏氏组织、等轴组织。     

锻造裂纹的分析与防治

介绍了锻造裂纹的主要试验研究方法:高温拉伸、热镦粗、热扭转、热弯曲和应变诱导裂纹,并结合裂纹附近微观组织和热力学理论探讨了多种材料锻件裂纹形成的原因。得出锻件裂纹不仅取决于材料本身的内因,而且与力学性能、组织结构、制件尺寸等因素有关。阐述了目前锻造裂纹的预防原则、内裂修复原理以及应用情况。     

Q345D钢坯裂纹缺陷分析

对某公司出厂的圆形钢坯进行超声波探伤时发现裂纹缺陷,通过X射线探伤分析、化学成分分析、微观断口形貌观察、低倍组织分析、金相组织及夹杂分析,对该钢坯进行了裂纹缺陷分析。结果表明,脆性夹杂是钢坯形成微裂纹的主要原因,另外,基体组织中的珠光体偏析条带为这种脆性微裂纹的产生提供了有利条件。     

38CrMoAl圆钢调质裂纹形成原因分析

国内某钢厂38CrMoAl钢在调质过程中出现了裂纹,对裂纹处进行取样,通过化学成分、宏观检测、显微组织分析、扫描电镜分析等探索裂纹产生的原因。结果表明,该钢裂纹性质为淬火裂纹,其产生的主要原因是原始材料圆坯存在冶金缺陷(缩松、点状偏析等),而调质过程中在组织应力和热应力作用下促进了裂纹的扩展。     

H型钢腹板裂纹内部异质颗粒形成机理研究

通过对莱钢H型钢腹板裂纹组织的金相和扫描电镜分析发现,在裂纹周围组织中存在大量异质颗粒.为了弄清此类异质颗粒的性质及其与裂纹之间的联系,以及具有该相同特征的裂纹组织的形成过程,特设计预制裂纹实验方案进行验证,通过试验研究,发现了异质颗粒的性质及其与裂纹之间的联系,分析出具有该相同特征的裂纹组织的形成过程,总结出了影响异质颗粒形成及大小的主要因素.分别从连铸、加热和轧制3个工序制定了预防措施以减轻或消除腹板裂纹.     

微观结构对板条马氏体启裂和裂纹稳态扩展的影响

研究了具有典型板条马氏体组织的低碳合金结构钢启裂和裂纹早期扩展阻力与微观组织结构、断裂过程中消耗功之间关系。结果表明：板条马氏体微观组织结构决定裂纹尖端塑性约束程度；微观组织结构特征不同，裂纹尖端塑性约束程度不同，启裂过程和裂纹早期扩展过程中消耗的弹性能和塑性功不同，导致材料抵抗裂纹稳态扩展的阻有较大差异。     

TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率

研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第I阶段和第III阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大;对两种片层组织结构的裂纹扩展速率分析结果表明,仅固溶态的组织在裂纹扩展的整个阶段具有较低的裂纹扩展速率,并且起裂区对应较高的应力强度因子,裂纹在固溶态组织中的扩展路径较固溶时效态的曲折。     

正火态抗酸管线钢的氢致开裂

为了研究正火态BNS抗酸管线钢的氢致开裂行为,对该钢进行了硫化氢腐蚀试验,检验了其氢致裂纹(HIC)敏感性。通过光镜(OM)、扫面电镜(SEM)并结合电子探针分析(EPMA)、显微硬度等方法,从显微组织、裂纹形貌、中心偏析、硬度等方面分析了BNS管线钢的氢致开裂行为。结果表明:正火态BNS管线钢中C、Mn元素中心偏析导致了高硬度的珠光体带状组织,这种带状组织是厚度心部大尺寸一字型氢致裂纹的主要裂纹源和扩展通道,裂纹进行穿晶型扩展;微小的氢致裂纹起源于钙铝酸盐类夹杂物处,当夹杂物周围不存在合适的裂纹扩展通道时,微小裂纹不会扩展形成大尺寸裂纹。     

仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相组织的韧性

研究了仿晶界型铁素体／粒状贝氏体复相钢轧态组织的韧性与裂纹扩展特点。与单一粒状贝氏体组织相比，仿晶界型铁索体／粒状贝氏体复相组织具有更好的强韧性配合。适量仿晶界型铁素体的存在增加了复相组织的协调变形能力，提高了裂纹形成功：同时使裂纹扩展路径弯曲、分 叉、微裂纹尖端钝化。在一定程度上提高了裂纹扩展力。在粒状贝氏体变的第二阶段（富碳亚稳奥氏体→马氏体／奥氏体（M／A岛）缓冷。已转变的马氏体将进行自回火，并提高残余奥氏体的热稳定性，从而使复相组织的裂纹扩展功得到明显提高。     

L415QB+316L复合管焊接裂纹分析

针对L415QB+316L复合管焊接接头封焊难以控制,熔合区易出现裂纹这一问题,利用光学显微镜和扫描电镜,观察分析了接头熔敷金属和裂纹区的组织和成分变化,探究了其对裂纹生成的影响。结果表明,淬硬组织、氢、异种钢接头处的复杂应力状态导致了裂纹的形成。通过采用多层预热、焊后空冷、严格控制层间温度等工艺措施,增强组织的均匀性,可以有效防止焊缝中的冷裂纹产生。     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

20CrMnTi钢渗碳齿轮表面裂纹形成原因

采用现代分析手段对20CrMnTi渗碳齿轮表面裂纹形成原因进行了分析。发现裂纹沿晶界分布,且裂纹两侧存在脱碳现象,裂纹内侧通过能谱分析存在大量氧、硫元素。裂纹两侧组织为呈网状条块铁素体+高碳细小回火组织,基体组织为回火马氏体组织,边缘渗碳处的组织为高碳细小回火组织。结果表明:20CrMnTi钢渗碳齿轮表面裂纹形成的主要原因是锻造过程中加热温度太高而过烧,由过烧形成的熔洞以及未熔化的低熔点化合物使晶粒与晶粒之间结合力降低,一经锻打便会碎裂。这种由过烧引起的熔洞与裂纹,再次淬火加热过程中,受到热应力的作用下,进一步扩展成断断续续的裂纹。     

高强钢切割裂纹的成因分析

采用光学显微镜、扫描电镜分析了高强钢板切割裂纹的组织形貌,应用X射线测定了钢板的残余应力。结果表明:切割后裂纹沿钢切割边部向基体进行延伸,裂纹宽度由前端向基体逐渐缩小。在边部形成组织粗大的低塑性区,从切割边向内组织类似于热影响区组织的变化特征。钢板上均存在不同程度的压应力,是造成延迟裂纹的重要原因。     

组织状态对循环冲击及非冲击载荷下裂纹扩展的影响

本文对10~#钢和45CrNi合金钢的几种组织状态分别进行了冲击疲劳及非冲击疲劳裂纹扩展试验,结果表明:45CrNi的组织状态对冲击疲劳裂纹扩展的影响较对非冲击疲劳的大;10~#钢的组织状态对两种载荷下的裂纹扩展基本上无影响。结合微观机制和载荷特性,讨论了组织因素对冲击、非冲击疲劳裂纹扩展的影响。     

铸钢轮装制动盘螺栓孔裂纹产生原因分析

以存在螺栓孔裂纹的铸钢轮装制动盘为研究对象,通过裂纹断口宏微观形貌观察、显微组织分析、拉伸性能测试、冲击性能测试、布氏硬度测试等手段分析了制动盘摩擦面螺栓孔裂纹的性质和成因。结果表明:裂纹属于热疲劳裂纹,螺栓孔倒棱处及摩擦面附近存在缩孔、疏松等铸造缺陷是导致制动盘在制动过程中循环交变热应力驱动下产生裂纹的主要原因;粗大的沿枝晶状分布组织降低了制动盘的强度、韧性和热疲劳性能,加速了裂纹的扩展。     

贝氏体组织管线钢的氢致开裂行为

依据NACE TM2048-2005标准测试了热轧态X120管线钢的氢致开裂敏感性,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜观察裂纹和组织形貌,结合氢压理论讨论了贝氏体组织管线钢的氢致开裂行为。结果表明,X120管线钢的氢致裂纹多从较大尺寸的夹杂物处萌生;氢致裂纹沿原奥氏体晶界扩展,部分裂纹穿过板条贝氏体组织,块状贝氏体铁素体组织有较好的抗氢致开裂性能。