激光增材制造AlSi10Mg合金的力学性能研究进展

激光金属沉积是一种应用广泛的激光增材制造技术,文中对激光金属沉积成形304奥氏体不锈钢进行疲劳试验,并对其疲劳断裂机理进行了分析. 根据试验结果绘制激光金属沉积成形304奥氏体不锈钢的应力-寿命(S-N)曲线,结果表明,应力幅的大小对疲劳断口形貌有着至关重要的影响. 应力幅越大,疲劳断口越粗糙,在较高的应力幅作用下,断裂试样表面存在随机分布的孔洞和裂纹,材料缺陷如氧化物夹杂和孔洞是导致疲劳裂纹萌生的主要原因,而在较大的应力幅(如275 MPa)作用下,较大的局部塑性变形也是导致疲劳裂纹萌生原因之一,随着应力幅的增大,疲劳条带更加清晰,在较高的应力幅作用下,多个滑移系的相交导致疲劳条带不在同一平面内扩展,并且裂纹扩展区内出现轮胎压痕. 随着应力幅的增大,由于疲劳裂纹扩展区内塑性变形量的增大导致疲劳裂纹扩展区中二次裂纹数量增加.     

316L奥氏体不锈钢非对称载荷下的疲劳与循环塑性行为

对316L奥氏体不锈钢非对称拉-拉疲劳载荷作用下的疲劳和循环塑性行为进行研究。通过疲劳寿命、循环应变幅、平均应变、平均应变率和失效应变的差异划分高、低应力区:在高应力区,平均应变、平均应变率和失效应变大,存在显著的循环塑性变形,疲劳寿命短;在低应力区,循环塑性变形累积有限,疲劳寿命显著增加。通过失效区域的显微组织观察和断口分析发现:在高应力区断口附近产生了大量的孔洞,断口以韧窝为主要特征;在低应力区存在疲劳裂纹,其扩展方向垂直于加载方向,断口由起裂点、疲劳裂纹扩展区、过渡区和快速断裂区组成。316L奥氏体不锈钢高应力区为循环塑性变形主导区,失效形式为循环塑性累积产生的韧性失效;低应力区为疲劳主导区,失效形式为疲劳裂纹扩展失效。     

奥氏体不锈钢焊接接头的疲劳性能分析

采用单点法并在拉伸载荷的作用下,对304L和316L奥氏体不锈钢等离子弧焊接头的疲劳性能进行测试,得出应力比为0.1条件下的304L与316L奥氏体不锈钢焊接接头的疲劳极限分别为280 MPa和300 MPa;扫描电镜的观察显示奥氏体不锈钢焊接接头的疲劳裂纹扩展区均可见疲劳条带,以穿晶方式扩展,为典型的韧性断裂特征.     

循环载荷幅值对7075-T7451铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

在不同幅值循环载荷条件下对7075-T7451铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行拉伸疲劳试验,对其疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK进行了研究,并用扫描电子显微镜观测试样的断口形貌。结果表明：随着循环载荷幅值的增大,试样的疲劳寿命缩短,裂纹的扩展速率增大;试样宏观断口形貌的裂纹稳态扩展区域减小,而瞬时断裂区域增大。稳态扩展区主要以疲劳条带扩展机制为主,且疲劳条带间距随循环载荷幅值的增大而增大;瞬断区的断口形貌以韧窝断裂为主,韧窝尺寸随循环载荷幅值的增大而减小。     

轴流压缩机叶片失效断裂分析

轴流压缩机在运行过程中叶片发生失效断裂,通过断口显微观察、能谱分析和力学性能测试对叶片断裂原因进行了研究。结果表明:叶片断裂面中存在着一个组织疏松的孔洞缺陷,该孔洞成为裂纹源,裂纹源在交变应力的作用下萌生裂纹并不断扩展,最终导致叶片出现疲劳失效断裂。     

纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢的应变控制疲劳行为

利用动态塑性变形工艺制备块体纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢样品并研究其低周疲劳行为。应变控制疲劳测试发现,包含30%(体积分数)纳米孪晶结构的304奥氏体不锈钢具有优异的低周疲劳寿命和高循环应力水平,同时循环软化程度随应变幅增加而减弱,与传统纳米结构金属材料"应变幅愈高,软化程度愈明显"的趋势截然不同。优异的低周疲劳性能主要得益于高强度纳米孪晶晶粒优异的结构稳定性以及其与相邻再结晶晶粒协同塑性变形,有效抑制应变局域化和疲劳裂纹萌生。     

316L不锈钢在模拟人体液内腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展过程中…

探讨应力在３１６Ｌ不锈钢腐蚀疲劳过程中的作用，应力降低了不锈钢的点蚀电位，促进了腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展，初始疲劳裂纹在点蚀孔中的晶界上萌生，在应力的作用下，裂纹由沿晶变为穿晶扩展，并在断口上产生二次裂纹和疲劳辉纹。     

应力控制条件下奥氏体不锈钢的低周疲劳性能

以JIS SUS 304和SUS 304N为实验材料,在应力控制条件下研究了两种奥氏体不锈钢的低周疲劳性能.结果表明:（1）在低应力区（σa<430 MPa）,SUS 304N的疲劳寿命高于SUS 304的疲劳寿命;但在高应力区（σa>430 MPa）,静强度较高的SUS 304N的疲劳寿命反而低于SUS 304的疲劳寿命.（2）SUS 304中疲劳微裂纹萌生的循环次数比远小于SUS　304N.在低应力区,SUS　304中的疲劳微裂纹萌生后。其扩展速率大于SUS　304N;但在高应力区,SUS　304中的疲劳微裂纹萌生后,其扩展速率小于SUS 304N,使它在高应力区的疲劳寿命超过了SUS 304N.（3）添加氮元素后.奥氏体组织的稳定性得到提高.疲劳实验过程中SUS 304发生了显著的应变诱发马氏体转变,而SUS 304N基本未发生此现象.     

2219铝合金在不同加载应力下的疲劳断裂机制

试验研究了疲劳极限附近(240 MPa)和高应力(360 MPa)下2219铝合金疲劳断口形貌特征,揭示了两种不同加载应力下该合金疲劳裂纹萌生和扩展规律。结果表明,在宏观上,高应力下的疲劳断口呈"V"字形,而在疲劳极限附近则形成唇形平直断口。微观上,在疲劳极限附近发生疲劳断裂时,裂纹主要萌生于θ相(Al_2Cu)处,而随着应力增加,裂纹除了可于θ相(Al_2Cu)处萌生,还可于铁锰相和空洞处萌生,呈现从单一疲劳源向多源化转变趋势,且疲劳源离表面的距离和源区面积均随应力增大而减小。在裂纹扩展过程中,疲劳条带宽度随应力增大而增大,且不同类型的第二相粒子对裂纹扩展的阻碍作用也不同,在该合金中,铁锰相对裂纹扩展的阻碍作用明显高于θ相(Al_2Cu)的。     

某海水泵叶片断裂失效分析

对两台投用不久就发生断裂的海水泵叶片进行了断裂失效分析.两台泵的叶片均采用了奥氏体不锈钢铸件,其中一台的叶片材料为304不锈钢,使用4个月发生断裂;另一台的叶片材料为316L不锈钢,使用仅10天就发生断裂.分析结果表明,叶片制造中存在较多的铸造气孔,导致运行中从气孔处很快萌生了疲劳裂纹,最终因疲劳裂纹扩展造成了断裂失效.     

A356铸造铝合金的疲劳裂纹萌生及短裂纹扩展研究

研究了A356-T6铸造铝合金的缺口疲劳裂纹萌生与早期扩展行为及机制.结果表明,热等静压试样的疲劳抗力优于非热等静压试样.对于钝缺口试样,疲劳裂纹萌生于缺口根部附近的多个平面,最终哪个裂纹源扩展成主裂纹取决于局部微观组织.对于缺口几何形状不同的热等静压和非热等静压疲劳试样,在疲劳过程中,不管是在高应力状态下,还是在低应力状态下,都出现了铝基体的循环塑性变形和共晶硅粒子断裂导致疲劳裂纹萌生.对于非热等静压试样,铸造缩孔在构件的疲劳过程中起着重要作用,但即使缺口根部存在较大尺度的铸造缩孔,导致了疲劳裂纹萌生,但也同时观察到疲劳裂纹从共晶硅粒子、金属间化合物、铝基体的滑移带和铁基金属间化合物等处萌生.对于脆性的A356铸造铝合金可采用修正的断裂力学参量ΔKn、局部应力范围Δσ或局部应变幅Δε/2作为控制参量来表征疲劳裂纹萌生行为,而缺口有效应力强度因子范围ΔKneff和ΔJs参量可用来表征缺口场中短裂纹扩展行为.     

P92钢630 ℃下的高温低周疲劳行为分析

P92钢作为新一代耐热钢,其服役温度正随着超超临界机组的不断推广而逐渐提高,而高温疲劳性能对保证电厂的安全运行具有重大作用.文中通过P92钢630℃下的疲劳试验,研究了其在不同应变幅和应变速率下的疲劳寿命以及应力—应变关系,并结合断口形貌分析了P92钢的断裂机理.结果表明,P92钢属于高温循环软化材料,其疲劳寿命随塑性应变幅的增大而呈指数下降,同时应变速率的增大会导致其疲劳寿命的增大.P92钢疲劳断口分为疲劳源区、裂纹扩展区以及断裂区.高应变幅下蠕变孔洞和二次裂纹的增加是导致其疲劳寿命降低的主要原因.     

316L不锈钢在模拟人体液内腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展过程中应力的作用

探讨应力在316L不锈钢腐蚀疲劳过程中的作用。应力降低了不锈钢的点蚀电位,促进了腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展。初始疲劳裂纹在点蚀孔中的晶界上萌生,在应力的作用下,裂纹由沿晶变为穿晶扩展,并在断口上产生二次裂纹和疲劳辉纹。     

P92钢630°C下的高温低周疲劳行为分析

P92钢作为新一代耐热钢,其服役温度正随着超超临界机组的不断推广而逐渐提高,而高温疲劳性能对保证电厂的安全运行具有重大作用.文中通过P92钢630℃下的疲劳试验,研究了其在不同应变幅和应变速率下的疲劳寿命以及应力—应变关系,并结合断口形貌分析了P92钢的断裂机理.结果表明,P92钢属于高温循环软化材料,其疲劳寿命随塑性应变幅的增大而呈指数下降,同时应变速率的增大会导致其疲劳寿命的增大.P92钢疲劳断口分为疲劳源区、裂纹扩展区以及断裂区.高应变幅下蠕变孔洞和二次裂纹的增加是导致其疲劳寿命降低的主要原因.     

35CrMo钢压缩机曲轴断裂失效分析

通过宏观断口、化学成分、金相组织,基体硬度测试、扫描电镜、有限元等方法对断裂的曲轴进行分析。结果表明:断裂为低应力高周疲劳断裂,曲轴表面氮化层存在孔洞和裂纹等质量缺陷导致疲劳裂纹萌生,而表层的魏氏组织和球化体则加剧了裂纹扩展,最终导致曲轴断裂。     

异种金属焊接构件腐蚀疲劳性能研究

选用SUS304不锈钢材料,采用MAG(135)焊接方法将其与低合金钢Q345B进行焊接,结合腐蚀疲劳环境加载装置研究了焊接件的腐蚀疲劳性能,并对断口进行电镜观察。研究发现腐蚀疲劳裂纹扩展源于表面腐蚀缺陷,且断口的腐蚀疲劳裂纹扩展区域、条带特征明显,为典型的腐蚀疲劳断裂。     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

镍基单晶高温合金530 ℃低周疲劳性能及断裂机制

对镍基单晶高温合金在530℃的低周疲劳断口及断裂损伤机制进行研究。结果表明：在530℃时,单晶高温合金低周疲劳裂纹一般萌生于试样表面、亚表面或内部。亚表面存在铸造缺陷时裂纹从缺陷处起源。在大应变幅（>0.85%）条件下,合金在疲劳循环过程中表现出明显的循环硬化行为,应变幅低于0.85%时循环应力响应曲线基本趋于稳定。镍基单晶高温合金主要通过滑移产生变形,在530℃合金主要通过八面体滑移机制进行断裂,主滑移系为{111}<110>。分析断口特征可知,断口在源区附近未见明显塑性变形,稳定扩展区可见疲劳条带特征,快速扩展区在滑移台阶处存在大量交叉滑移带。通过电子背散射衍射分析发现,不同滑移面交界处的断口表面存在明显塑性变形,靠近断口表面的γ基体及立方γ’相变形严重。该温度下疲劳断口表面未见明显氧化特征。     

植入铸造317L不锈钢在Hank’s模拟体液中腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展

利用往复弯曲疲劳试验机和SEM研究了铸造317L不锈钢材料在Hank’s模拟体液中的腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展行为.铸造317L不锈钢具有晶间腐蚀敏感性,首先在晶界上孕育萌生初始疲劳裂纹,继而扩展,形成主裂纹,发生断裂.在断口上产生了疲劳辉纹,二次裂纹和疲劳台阶.     

植入铸造317L不锈奂在Hank‘s模拟体液中腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展

利用往复弯曲疲劳试验机和ＳＥＭ研究了铸造３１７Ｌ不锈钢材料在Ｈａｎｋ‘ｓ模拟体液中的腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展行为，铸造３１７Ｌ不锈钢具有晶间腐蚀敏感性，首先在晶界上孕育萌生初始疲劳裂纹，继而扩展，形成主裂纹，发生断裂，在断口上产生疲劳辉纹，二次裂纹和疲劳台阶。