航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展行为研究

材料的疲劳寿命由裂纹形成寿命和扩展寿命两部分组成。针对航空发动机涡轮盘用GH4133B合金,进行室温下不同应力比的疲劳裂纹扩展试验,测试疲劳裂纹扩展门槛值。Paris公式回归分析结果表明,裂纹扩展速率随应力强度因子和应力比的增大而增大,含门槛值的修正Paris公式能精确描述疲劳裂纹扩展行为。利用光学显微镜在线观测裂纹扩展路径,并利用扫描电镜考察试样断口微观形貌。结果发现,随应力强度因子增大,裂纹扩展路径由平直变得曲折。在疲劳裂纹萌生区、稳定扩展区和快速扩展区,断裂表面依次呈现为解理断裂、疲劳条带和沿晶韧窝混合断裂模式。基于断口反推理论反推载荷和裂纹扩展方程,结果表明,利用反推方程预测疲劳裂纹的扩展,可有效防范疲劳断裂的发生。     

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。     

不同应力比下U75V轨道钢疲劳裂纹扩展行为研究

对高速铁路常用轨道钢U75V进行了不同应力比下的疲劳裂纹扩展门槛值测试和疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,应力比对U75V轨道钢的裂纹扩展行为有着显著影响。利用分级降载法测得的疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小,裂纹扩展速率随应力比的增大而增大。对裂纹断口微观形貌进行了细致观察分析,发现整个疲劳断口分布有凸条纹棱线。疲劳门槛值附近出现沿晶体学平面的穿晶小刻面;低扩展速率区凸条纹棱线平行排列,棱线方向与珠光体片层方向一致;高扩展速率区的棱线出现弯曲及碎裂,同时伴有解理断面及二次裂纹。     

TA2钛合金焊接接头不同区域的疲劳裂纹扩展速率

对TA2钛合金焊接接头的母材区、熔合线、焊缝中心和热影响区的疲劳裂纹扩展速率、疲劳断口形貌以及显微组织进行了研究。结果表明:接头各区域的疲劳裂纹扩展速率相差不大,可直接用焊缝区的裂纹扩展速率表示;各区域试样的断口呈典型的疲劳断口形貌;母材区的平均晶粒尺寸约62.8μm,热影响区的约为110μm,晶粒尺寸对疲劳裂纹扩展速率没有明显影响。     

低载强化后汽车结构件疲劳裂纹扩展速度研究

为了从微观上揭示汽车结构件经过低载强化后疲劳强度和疲劳寿命提高的原因和机理,本文利用扫描电镜,对某汽车前轴低载强化前后试样断口的疲劳裂纹扩展速度进行了对比研究。研究结果表明,经过低载强化后的汽车结构件断口试样,其贝纹线的增长趋势减弱,疲劳辉度间距变小。这些微观变化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使汽车结构件的疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

汽车结构件低载强化后的疲劳断口特性

利用扫描电镜对某汽车前轴低载强化后的材料断口特性进行了研究,力图从微观上揭示低载强化的成因和机理。结果表明：适当的强化载荷使组织变得密实、均匀,断口的孔洞数量、直径以及二次裂纹明显减少,低载强化有效地延缓了疲劳裂纹萌生,降低了疲劳裂纹扩展速率,使疲劳强度和疲劳寿命都得到提高。     

齿轮随机断裂试验研究

采用线切割预制齿轮初始裂纹，对高频淬火齿轮进行随机断裂试验，观察了疲劳裂纹扩展方向和断口形貌。结果表明疲劳裂纹扩展方向与有限元法计算结果十分接近。     

回火温度对40Cr钢疲劳裂纹扩展的影响

本文采用三点弯曲压-压疲劳实验方法测量了40Cr钢不同温度回火后疲劳裂纹长度与循环周次的关系曲线。结果表明,低温回火后,40Cr钢在缺口处的起裂抗力高,一旦萌生了一定长度的疲劳裂纹,疲劳裂纹扩展速率明显高于高温回火和中温回火试样;随着回火温度的升高,40Cr钢在缺口处的起裂抗力减小,但疲劳裂纹扩展速率也减小。疲劳断口微观分析表面,在疲劳裂纹扩展初期,低温回火试样的疲劳断口表现出脆性疲劳纹特征,中温回火和高温回火试样主要是二次裂纹组成的疲劳纹,而且随着回火温度的升高,二次裂纹间距减小。在疲劳裂纹扩展中区和瞬断区,低温回火的疲劳断口主要为解理断裂和沿晶断裂特征,中温和高温回火的疲劳断口是以韧窝为主的韧性断裂特征。疲劳裂纹扩展机理的不同导致了疲劳裂纹扩展规律的变化。     

多轴疲劳裂纹扩展行为研究

利用扫描电镜对多轴比例和非比例加载下的疲劳试样的断口面和外表面进行扫描观测分析。根据薄壁管拉一扭复合加载试件断口附近表面观测结果,统计其裂纹扩展的位向,研究多轴疲劳裂纹萌生及扩展机理。研究表明,多轴疲劳裂纹主要是沿最大剪切平面或垂直于管形试样的轴线方向扩展。在多轴比例加载条件下,裂纹分布的分散性较小。在非比例加载条件下,随着相位差的增大,分散性增大。     

预腐蚀7A09铝合金腐蚀坑处萌生疲劳裂纹扩展深度的估算

含初始缺陷铝合金结构的寿命评估方法大多需要用到裂纹扩展深度这一难以直接测得的参数,为了找到其与表面裂纹长度之间的关系,对预腐蚀7A09铝合金进行疲劳试验,并利用扫描电镜结合能谱仪进行疲劳断口分析,发现了腐蚀坑处萌生裂纹沿着深度方向的扩展规律。结果表明:7A09铝合金的疲劳断口多呈脆性断裂特征,富集的增强相反而会成为脆性相,降低材料的塑性变形能力;对于单一裂纹源主导的疲劳断裂,其内部扩展深度与表面裂纹长度之间存在线性关系,通过检测构件中裂纹的表面长度可以获得其扩展深度,对于结构剩余寿命的估算具有参考价值;对于多源疲劳,裂纹扩展长度与深度间无确定的关系。。     

316L钢在不同温度下疲劳裂纹扩展的规律研究

本文对 316L钢在常温、2 0 0、4 0 0和 5 5 0℃下的疲劳裂纹扩展速率进行了测试和分析 ,对疲劳断口形貌进行观察 ,得到了四种温度下的疲劳裂纹扩展规律。结果表明 :裂纹扩展率随着温度的升高而增大 ,高温下氧化作用增强     

高压输电导线微动疲劳断裂断口分析

在自制的微动疲劳试验设备上,对LGJ150/25型钢芯铝绞线,选取两组不同弯曲振幅进行微动疲劳断裂试验.对导线断口形貌进行对比及区域分析,试验结果表明,导线的断口表现为明显的疲劳断口特征,断口均可以划分为微动磨损裂纹源区、疲劳裂纹扩展区以及瞬时断裂区三区域.对三个区域进行仔细分析,认为导线的微动疲劳断裂是由于导线表面的微动磨损起裂、疲劳裂纹扩展及最后的瞬时过载引起的.     

40MnB钢回火马氏体疲劳裂纹的扩展

本文对40MnB、40Cr两种中碳钢低温回火马氏体的力学性能及疲劳裂纹扩展进行了对比研究。揭示了这两种钢在相近的高强度状态疲劳裂纹扩展行为及沿晶、穿晶断裂机制对裂纹扩展速度的影响。结果表明,微量合金元素硼改变了裂纹扩展途径和扩展方式,从而降低了疲劳裂纹扩展速率。40MnB钢较高的断裂韧性K_(IC)和断口显示的疲劳裂纹扩展机制,与硼所引起的组织精细结构的变化有密切关系。     

不同焊接工艺下B780CF钢焊接接头的疲劳裂纹扩展速率试验研究

采用标准紧凑拉伸试样进行不同焊接工艺下的疲劳裂纹扩展速率试验,使用递增多项式法对试验数据进行处理,得到裂纹扩展速率曲线。分析焊接工艺对疲劳寿命和裂纹扩展速率的影响,结果表明:不同的焊接工艺下,疲劳裂纹扩展速率是有明显区别的,按母材、埋弧焊、热影响区、手工焊的顺序递减。同时对不同焊接工艺下的疲劳断口进行了分析,探讨焊接工艺对裂纹扩展速率的影响机理。     

T7951二次时效对7055铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

通过疲劳裂纹扩展速率试验和扫描电镜观察研究了T7951二次时效对室温空气环境下7055铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:经二次时效处理后,该铝合金的裂纹扩展速率有所降低;二次时效前后铝合金疲劳断口的裂纹稳定扩展区均为准解理断裂,且均出现平行的疲劳条纹;二次时效前铝合金出现二次裂纹,其疲劳条纹间距大于二次时效后的;二次时效前后铝合金疲劳断口的瞬断区均为韧窝型穿晶断裂。     

不同断口定量分析疲劳寿命模型应用对比

介绍了金属结构材料断口定量分析疲劳寿命模型,即Paris公式、梯形法及断口宏观特征模型的应用条件和范围;利用Paris公式和梯形法对7B04铝合金和TA15钛合金疲劳试样断口进行疲劳扩展寿命定量分析,通过对两种方法计算结果的比较,并结合梯形法的本质,提出了对梯形法修正的前提和具体修正方法,即当裂纹开始扩展尺寸(a0)大于第一个测量点的裂纹长度(a1)或a0与a1非常接近时,可不对梯形法进行修正,当a0小于a1时,则计算疲劳扩展寿命时需对梯形法进行修正,此时梯形法公式中不除2;第一个测量点值后的算法保持不变;用修正后的梯形法计算的疲劳扩展寿命表明了修正方法的合理性.     

某高压涡轮盘裂纹扩展特性研究

通过三维裂纹扩展有限元仿真分析与低循环疲劳裂纹扩展试验相结合,研究了某高压涡轮盘损伤容限特征。基于有限元仿真分析获得的螺栓孔部位的应力和变形,开展了三维裂纹扩展寿命仿真计算,得到裂纹扩展速率的计算值。在轮盘低循环疲劳试验中,通过螺栓孔内壁面处定期荧光渗透检测和裂纹长度检测,记录了裂纹发展情况;在轮盘破裂后,通过疲劳断口扫描电镜观察,获得了裂纹扩展特征。结果表明,仿真计算与试验断口分析得到的裂纹前沿扩展历程、裂纹扩展寿命之间均存在较好的一致性。     

使用疲劳裂纹扩展数据的疲劳裂纹扩展的可靠性分析方法

利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹随机扩展的可靠性进行了研究。基于疲劳裂纹扩展的确定性模型 ,导出了疲劳裂纹扩展的随机公式。利用现有的疲劳裂纹扩展数据或疲劳裂纹扩展试验的不完全数据 ,对疲劳裂纹扩展随机公式中的随机变量的分布进行了估计 ,得到了其分布的数字特征 ,用Monte Carlo方法得到了疲劳裂纹扩展寿命的失效概率的点估计。实例分析表明了本文方法的实用性和可行性     

X80管线钢疲劳裂纹的扩展行为

对X80管线钢进行了拉伸试验和三点弯曲疲劳试验,研究了该钢的拉伸断口形貌以及不同应力比(0.1,0.4,0.6)对疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:X80管线钢具有连续屈服特征,拉伸断口形貌呈韧窝状;增大应力比会降低X80钢的疲劳寿命,降低裂纹长度;以应力强度因子幅值ΔK作为驱动参数,Paris公式可以很好地拟合不同应力比下X80管线钢的疲劳裂纹扩展速率。     

组织特征对GH864合金裂纹扩展行为的影响

测试不同热处理条件下GH864合金在650℃空气中疲劳/蠕变交互作用下的裂纹扩展速率,分析热处理制度及组织特征对合金裂纹扩展速率的影响.通过组织分析试验、裂纹扩展速率试验和断口形貌分析,对比不同组织状态下GH864合金的微观组织及裂纹扩展行为,并用Paris公式对裂纹扩展速率的结果进行描述.结果表明:热处理后合金的裂纹扩展速率都明显降低;晶粒度对合金的裂纹扩展速率影响较大,且粗晶组织能显著降低裂纹扩展速率;晶界析出相对裂纹扩展速率有较大作用,而强化相γ'相大小对裂纹扩展速率影响不明显.从组织形貌及断口分析可较好解释不同热处理制度裂纹扩展速率曲线的试验结果.具有疲劳条纹特征断口对应较慢的裂纹扩展速率,而沿晶断裂对应较快的裂纹扩展速率.