用常规旋转疲劳试验方法求30Cr2MoV的界限应力强度因子幅度△Kth

一、前言界限应力强度因子幅度△K_(th)是材料疲劳裂纹扩张特性的一个重要参数。当外加应力强度幅度△K小于△K_(th)时裂纹不再发生扩张,并处于一稳定状态。因此如果将受有高周疲劳的结构设计成在裂纹尖端处的△K<△_(th),则带缺陷的结构就不会因受交变载荷发生疲劳裂纹扩展了。电站汽轮机转子每分钟旋转3000次,每年旋转1.5×10~9次,因此必须保证汽轮机转子在高速度旋转时在自重引起的交变载荷下,缺陷处的△K小于△K_(th)。为此必须准确     

电站大锻件转子钢25Cr2Ni4MoV疲劳门槛值的研究

讨论了疲劳门槛值ΔK_(th)作为一个设计准则或验收标准在电站大锻件上使用的重要性.但由于测试ΔK_(th)是一个费时耗资的实验,因此研究“冶金因素对转子钢疲劳门槛值的影响”意义在于累计数据、总结规律,找出适用于转子钢的经验公式,以便可以不用测试ΔK_(th),而从其它力学性能中求得。通过对25Cr2Ni4MoV 钢ΔK_(th)的测试研究,证明对于冶金质量较高的转子钢经过调质处理后,化学成份、冶金因素等对ΔK_(th)的影响是不明显的,可以用我们通过大量实验分析而总结出的经验公式初步估算:ΔK_(th)=10.3—0.0033σ_b(MPa m~(1/2))。     

一种估算疲劳裂纹扩展门槛值△Kth的新方法

从断裂力学角度导出了一个估算疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)的新公式:其中α是材料常数,对金属材料α=0.05～0.10。以上式估算的疲劳门槛值与一些材料的实验测试值相当一致,并能较好地解释一些实验现象。这表明该式有一定的适用性。     

15MnVN钢疲劳裂纹开始扩展规律的研究

一、引言门槛值(Threshold)△K_(th)和裂纹扩展速率da/dN是反映带裂纹构件抗疲劳性能的重要指标,是工程设计选材和安全性分析必不可少的参数。特别是在载荷谱的分析中参数△K_(th)起着重要作用。门槛值△K_(th)定义为: △K_(th)=△K|da/dn→o (1) 式(1)中△K=K_(max)—K_(min) 大量实验研究如果表明:在空气介质中和平面应变条件下,对于给定的材料,△K_(th)     

根据钢的拉伸性能估算疲劳裂纹扩展寿命

本文根据疲劳裂纹扩展研究的新进展,提出了一个新的疲劳裂纹扩展模型。据此,导出一个新的疲劳裂纹扩展表达式da/dN=B(△K-△K_(1h))~3,系数B是材料常数,可根据拉伸性能估算,从而揭示了da/dN与拉伸性能间的关系,为根据拉伸性能和△K_(th)之值估算钢的疲劳裂纹扩展寿命提供了可能。最后,本文给出了根据拉伸性能估算钢的疲劳裂纹扩展寿命的几个实例,从而检验了新公式的有效性。     

显微组织对中碳钢疲劳裂纹扩展的影响

本文试验研究了45 Cr 钢淬水,200℃回火态和40 MnB 钢淬水,200℃、500℃回火态的疲劳裂纹在第一、第二扩展阶段的扩展。试验结果表明,当疲劳裂纹处于第一扩展阶段时,两种钢在200℃回火态的疲劳裂纹主要是穿晶扩展,它们的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)和门槛值(△K_(th))基本相同。当疲劳裂纹进入第二扩展阶段后,晶界状态对疲劳裂纹扩展的影响明显起来。硼具有韧化200℃回火态组织晶界的作用,致使40MnB 钢的疲劳裂纹不优先沿晶界扩展。而45Cr 钢,疲劳裂纹优先沿高畸变能的晶界扩展,疲劳裂纹沿晶扩展速率加快,所以得到40 MnB 钢的da/dN<45Cr 钢的da/dN 的结果。当40MnB 钢500℃回火态的疲劳裂纹处于第一、第二扩展阶段时,均是穿晶扩展,断口上有明显疲劳条纹,裂纹扩展途径弯曲度大,从而使其在两个扩展阶段的da/dN 均低于两种钢200℃回火态的da/dN,△K_(th)值高于两种钢200℃回火态的△K_(th)值。     

广义Wheeler模型迟滞指数m的计算

为用广义 wheeler 模型估算裂纹扩展寿命,给出了计算迟滞指数 m 的一个新的经验公式,它与原有公式相比,少用一个材料参数,即裂纹扩展门槛值△K_(th),但仍具备△K_(th)想要起到的作用,且更加准确、可靠。     

18Cr2Ni4WA钢的组织与疲劳裂纹扩展特性

本文测试了18Cr2Ni4WA钢三种典型组织——粒状贝氏体,粒贝的高温回火组织和马氏体的高温回火组织的疲劳裂纹扩展速率(da/dN毫米/周次)及门槛值(△K_(th)公斤·力毫米~(3/2)),分析了断口形貌及裂纹扩展路径,研究了三种组织的疲劳裂纹扩展特性,着重讨论了不同结构、大小、数量和分布的弟二相对疲劳断裂行为的影响。结果表明:组织类型对da/dN有一定的影响,尤其是对疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)影响较大。粒贝具有较好的裂纹扩展抗力;粒贝的高温回火组织次之:马氏体的高温回火组织最差。粒贝中的(M-A)组织强烈阻碍裂纹扩展;马氏体高温回火组织中分布于晶内的细小碳化物阻碍裂纹扩展不明显,分布于晶界的片状碳化物促进沿晶断裂-——这是导致三种组织的疲劳裂纹扩展特性不同的重要原因。     

大模数淬火齿条表面裂纹扩展规律及寿命预测研究

针对大模数齿条的疲劳寿命难以精确计算问题,对大模数表面淬火齿条的裂纹扩展规律进行了研究。建立了含共线初始双裂纹的齿条FRANC3D模型,齿条啮合区离散为15个区域载荷;分析了表面感应淬火齿条硬度分布、残余压应力分布对疲劳裂纹扩展寿命的影响,推导了齿条的断裂韧度K_(IC)与应力强度因子门槛值ΔK_(th);运用FRANC3D软件,对双共线初始裂纹在三种水平间距下的裂纹扩展、联通、继续扩展过程进行了仿真,得出了应力强度因子幅值ΔK随裂纹深度a扩展的表达式;根据裂纹扩展速率da/dN与ΔK、K_(IC)、ΔK_(th)的关系,预测了三峡升船机齿条的寿命N。研究结果表明:齿条满足疲劳寿命要求,但表面感应淬火降低了齿条的疲劳寿命;硬度分布对于裂纹扩展的促进作用大于残余压应力的抑制作用。     

15MnMoVN钢及焊件的裂纹扩展速率的实验研究

测定了15MnMoVN钢及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率。裂纹长度用断裂应变计电测测量,实验数据采用Paris公式dα/dN=C(△K)~2和dα/dN=B(△K-K_(th))~2两种不同的公式拟合,得出了裂纹扩展规律。分析比较了母材、焊缝和热影响区的疲劳裂纹扩展性能,还比较了15MnMoVN钢和15MnVN钢的疲劳扩展性能。     

Ⅰ、Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展的探讨

本文提出了一个Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹疲劳扩展的模型,分析得到疲劳裂纹扩展速率其中Δk_σ为拉应力强度因子,F为与应力状态有关的参数。ΔK_σ=cos~2θ/2(ΔK_Ⅰcos θ/2-3ΔK_Ⅱ sinθ/2) 分析表明拉应力强度因子幅度ΔK_σ是支配Ⅰ、Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展的力学参量。作者用18CrNiWA钢进行了纯Ⅰ型和Ⅰ、Ⅱ复合型的三点弯曲和偏裂纹三点弯曲的疲劳试验。试验结果与上述半经验公式符合良好,并且表明,(1)Ⅰ、Ⅱ复合型和Ⅰ型裂纹扩展遵循同一规律,只要在Ⅰ、Ⅱ复合型状态下用拉应力强度因子幅度ΔK_σ代替Ⅰ型时的AK_1即可;(2)Ⅰ、Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展的拉应力强度因子的门坎幅度值ΔK_(σth)等于Ⅰ型裂纹的门坎值ΔK_(Ⅰth)。     

改进的高温奥氏体化热处理工艺对40CrNiMo钢各项力学性能的影响

本文研究了常规温度(850℃)、高温(1200℃)以及改进的高温奥氏体化热处理工艺(MHAT)对40CrNiMo 钢常规机械性能,断裂韧性K_(IC),疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_(th)以及应力腐蚀开裂门槛值K_(ISCC)的影响。研究结果表明,改进的高温奥氏体化热处理工艺兼有前二种工艺的优点,有较好的综合常规机械性能和K_(IC)以及ΔK_(th)。在侵蚀性水介质中,抗应力腐蚀能力不如其余二种组织。文中应用微观断裂机理讨论了热处理工艺影响40CrNiMo 钢性能的原因。     

16MnR钢近门槛值疲劳裂纹扩展特性

本文研究了16MnR 钢近门槛值疲劳裂纹扩展的特性.提出用公式 dα/dN=C(△K(?)—△K~2(?))表征门槛值附近的疲劳裂纹扩展速率,通过试验给出了计算有效应力强度因子范围△K_(eff)的方法.计算结果与试验数据相吻合。     

45Cr钢的疲劳性能与强度塑性韧性关系的初步探讨

利用客观强度,微观塑性和断裂韧性所表示的疲劳裂纹等效应力应变图,导出了da/dN,△K (th),σ (cn)和N 0等疲劳性能表征参量和强度塑性韧性的半定量关系。并结合45Cr钢进行了讨论。结果表明：在一定的条件,所谓强度塑性的最佳配合,就是宏观强度和微观塑性的乘积最大。用一次加载（如拉伸、弯曲等试验）所得到的强度塑性韧性等来判断金属疲劳性能的好坏,一直是材料的设计,制造及失效分析等的重要课题,文献[1-3]引用了大量数据来论证它们之间的关系。但总的讲,这种关系是比较复杂的,如疲劳裂纹扩展门坎值△K (th)疲劳裂纹孕育期N 0,有时随强度的升高而升高,有时随强度的升高而降低,有时在一个范围内出现峰值[1]等。为了弄清这些关系,需要把宏观规律和微观断裂机制结合起来,因宏观性能特别是塑性,是材料形变在整体上的反映,它与局部的变形规律有很大不同。为此,我们提出用宏观强度,微观塑性和断裂韧性三个参量来描述疲劳性能的变化规律。以便使强度塑性韧性的合理配合向半定量的关系迈出一步。     

一些机械工程材料的△K_(th)值

一、前言许多机械工程材料构件都在疲劳载荷条件下服役。由于铸造、锻造、焊接、热处理以及加工等原因,这些材料的表面或内部不可避免地存在着缺陷或裂纹。大量的疲劳裂纹扩展试验表明,当应力强度低于某一数值时,裂纹始终不扩展或扩展极其缓慢。人们把这个数值定义为界限应力强度系数幅度ΔK_(th9)即通常所说的门槛值。ΔK_(th)与工作应力幅Δ_σ、初始缺陷和裂纹形状因子f(y)之间建立了如下的关系:     

随机载荷谱下裂纹扩展寿命估算工程方法研究

提出一个适用范围较广的、在随机载荷下疲劳裂纹扩展速率的表达式:△K_(ef)为考虑应力状态和超载时的应力强度因子。     

球墨铸铁疲劳裂纹萌生及扩展机制的探讨

用电子显微断口分析和裂纹扩展途径的金相观察,探讨了不同珠光体和铁素体相对量的球墨铸铁的疲劳断裂机制,特别是疲劳裂纹萌生及早期扩展机制。结果表明：疲劳裂纹容易在石墨球和基体之间的界面萌生和扩展,石墨球边及基体中的次生裂纹对da/dN的影响有两重性。在疲劳裂纹萌生及早期扩展阶段,铁素体基本以周期解理和细条纹为主,珠光体基体为渗碳体解理和铁素体片上的疲劳条纹,80%珠光体球铁为上两种机制的混合。疲劳裂纹早期扩展速度为△K (th)所控制,疲劳裂纹孕育期N 0为σ s和△K (th)所控制。光棒或钝缺口下的N 0主要取决于σ s,尖锐缺口试样的N 0主要取决于△K (th)。在疲劳裂纹稳定扩展阶段,铁素体为疲劳条纹,珠光体为条纹与解理,80%珠光体中牛眼铁素体为条纹和晶间断。疲劳条纹的宽度能反映da/dN的变化,但两者往往不一致。疲劳裂纹快速扩展为条纹与静断特征混合,快速扩展速率受K (1c)的大小所控制。     

材料S-N、ε-N及dα／dN-△K疲劳性能数据之间的内在联系

材料的S-N、ε-N及dα／dN-△K疲劳性能数据分别是应力寿命法、局部应变法以及LEFM裂纹扩展法进行结构寿命分析的基础。文中根据几种疲劳寿命模型，探讨同一材料三种疲劳性能数据之间的内在联系及相互预测的可能性。具体内容包括，(1)用dα／dN-△K性能数据预测S一Ⅳ数据。(2)用ε-N性能数据预测S-N数据。(3)用ε-N性能数据推测dα／dN-△K数据。研究结果表明，同种材料的S-N、ε-N及dα／dN-△K疲劳性能数据之间是相互联系的，存在相互预测的可能性。     

门槛应力强度因子的物理模型

本文通过对疲劳和内耗实验关系的分析,并根据循环载荷下材料变化的能量过程建立了门槛应力强度因子的物理公式△K_(?)=Y(α)σ_e(πα_0)~(1/2),文中还对材料常数α_0进行了讨论。     

"过载"在da/dN-△K曲线与△Kth降载法测量中的影响及其对策

对在10^-5－10^-7mm/cycle疲劳裂纹扩展曲线da/dN－△K和疲劳裂纹扩展门槛值△Kth测量中常用的降载法进行研究。每一级载荷疲劳裂纹扩展二次（△a1i，△N1i）和（△a2i，△N2i）。用多点多项式分别拟合（△a1i，△N1i，△K1i）和（△a2i，△N2i，△K2i），i＝1，2，3，…，n。每一种材料得到两条da/dN－△Kth。结果表明，降载法中的前一级载荷仍明显有过载作用，干扰材料疲劳裂纹扩展，影响测量数据的真实性。本文提出解决方法－－“二次扩展法”，即在每一级载荷,舍去受前一级载荷影响大的第一次循环数据，而用受前一级载荷影响较小的第二次循环数据作为疲劳裂纹扩展曲线da/dN－△K和计算疲劳裂纹扩展门槛值△Kth的数据。