Study of crack propagation behavior during low cycle fatigue in spheroidal graphite cast iron based on observation of surface and fracture sections

In this paper, in order to clarify the effect of crack coalescence for crack growth rate, low cycle fatigue tests were carried out using two kinds of spheroidal graphite cast iron (SGI). Crack propagation behavior from crack initiation to fracture was investigated by observing the surface of specimens and their fracture section. The main results obtained are as follows: (1) The variation range in the crack growth curves in SGI is larger than that in its matrix material. This tendency is caused by the occurrence of crack coalescence and the difference in crack initiation length. (2) In most of the cases where the crack growth rate accelerated, there was microshrinkage on the neighboring surface. (3) Crack coalescence is not the main factor in accelerating crack growth rate.     

激光表面熔凝处理对共晶铝硅合金疲劳裂纹扩展的影响

研究了共晶铝硅合金在激光表面熔凝处理后的显微组织变化及激光表面熔凝处理对合金疲劳裂纹扩展的影响.结果表明,激光表面熔凝处理使试验合金的表层微观组织发生显著变化,熔凝层中的初生α-Al枝晶相和共晶Si相均有明显细化,熔凝层的硬度显著提高;在应力比R为0.1和0.5的试验条件下,激光表面熔凝处理能显著提高共晶铝硅合金的疲劳裂纹扩展抗力.     

渗注磷酸盐对AZ31镁合金疲劳裂纹扩展的影响

交变载荷作用下在AZ31镁合金疲劳裂纹尖端渗注磷酸盐转化液,研究磷酸盐的沉积行为及其对AZ31镁合金疲劳裂纹扩展速率的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)观察分析裂纹尖端的形貌和物相组成,并采用贴应变片方法确定渗注磷酸盐转化液前后应力强度因子的变化。结果表明:渗注的磷酸盐转化液在AZ31镁合金疲劳裂纹尖端形成Zn3(PO4).4H2O及MgZnP2O7复合覆层,能改变疲劳裂纹尖端的应力大小和分布状态,使应力强度因子降低约30%,从而有效地增强疲劳裂纹闭合效应,降低或延滞AZ31镁合金疲劳裂纹的扩展。     

2397合金高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为

研究了2397-T87铝锂合金的高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。结果表明:在应力比R=0.1时,2397-T87铝锂合金L方向、LT方向和ST方向光滑试样(K_t=1.0)的疲劳寿命极限分别约为192,243和151 MPa;缺口试样(K_t=3.0)的疲劳寿命极限分别约为72,78和70 MPa。其疲劳裂纹主要萌生于试样表面,以及氧化物、夹杂等脱落形成的空洞,Al(CuFeMn)第二相杂质粒子。驻留滑移带(PSB)和晶粒取向对其疲劳裂纹早期扩展有重要影响。     

一种镍基高温合金的低周疲劳性能

研究了一种镍基高温合金在不同温度下的低周疲劳性能,分析了疲劳断口。结果表明,该合金循环应力响应行为表现出对温度和外加总应变幅很强的依赖关系,不同的循环应力响应行为可归因于位错、强化相和合金元素间复杂的交互作用。合金疲劳寿命与温度、外加总应变幅、氧化损伤程度有关。疲劳断裂行为受外加应变幅和氧化影响很大。     

2524-T34合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为

通过四点弯曲疲劳试验研究2524-T34板材的疲劳性能,借助金相和扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明:2524合金具有良好的疲劳性能,疲劳强度达到屈服强度的80%以上;疲劳裂纹主要在第二相粒子以及第二相粒子/基体界面萌生,裂纹扩展过程中的偏转与晶界的阻碍有关;相邻晶粒内两个有利滑移面之间的位向差是控制裂纹通过晶界扩展的重要因素。     

TiAl合金高温疲劳小裂纹与长裂纹扩展行为

采用原位观察疲劳试验方法研究了变形TiAl合金在650℃下的三维小裂纹扩展行为,利用传统疲劳裂纹扩展试验方法研究了该合金在650～800℃温度范围内的长裂纹扩展行为。结果显示,650℃下,变形TiAl合金的三维小裂纹在低于长裂纹扩展门槛值的区域依然能够扩展,并且扩展速率高于长裂纹;位于试样棱边的横向机械加工刻痕是合金三维小裂纹萌生的主要位置之一,小裂纹在扩展过程中发生偏折并在偏折处合并,合金的疲劳寿命对试样表面的不规则条状加工缺陷不敏感;在650～800℃温度范围内,合金的疲劳长裂纹稳态扩展速率对温度变化不敏感,裂纹扩展过程均显示为解理断裂,裂纹扩展门槛值受韧/脆转变温度影响,韧/脆转变温度以下温度的门槛值较低。     

时效制度对2A97铝锂合金疲劳裂纹扩展速率的影响

针对不同时效制度下2A97铝锂合金的疲劳裂纹扩展速率进行了研究;并通过光学显微镜、透射电镜和扫描电镜对合金的微观组织和疲劳断口进行了观察分析。结果表明:2A97合金薄板(T3+135℃/12 h)时效态的裂纹扩展速率最低,其次为T3,(T3+135℃/60 h)时效态的扩展速率略低于(T3+135℃/120 h)时效态,T6态的裂纹扩展速率最高。时效制度在较低的ΔK水平下对合金的裂纹扩展速率影响较大,而在较高ΔK水平下影响较小。δ′相及细小的T1相可以促进共面滑移,增加滑移可逆性,降低裂尖应力集中程度及塑性累积水平,同时使裂纹发生偏折,促进裂纹闭合效应,提高裂纹扩展抗力;粗大、密集的T1相及半共格的θ′相抑制共面滑移,易于造成应力集中,降低裂纹扩展抗力;晶界处的无沉淀析出带(PFZ)及平衡相急剧降低晶界强度,极易造成沿晶开裂,使合金裂纹扩展速率迅速提高。     

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.     

管材高温低周疲劳实验方法及数据处理

采用径向应变控制法 ,在MTS880 /810试验机上用d 13mm× 1.5mm的单相α Ti合金管材 ,在 (35 0±1)℃下进行了 5个不同应变量的高温低周疲劳 (HTLCF)实验 ;记录了各自的循环应力—应变滞后环 ,得出了试样的循环响应特征和各试样的高温低周疲劳寿命。对实验数据按Coffin Manson公式拟合出疲劳曲线方程 ,从而绘出了该试材的Δεt— 2Nf 倍寿命关系曲线。考虑到低周疲劳数据的离散性 ,对其中的Δεt=1.0 %和Δεt=1.5 %两个应变量的各 6个试验数据按双参数Weibull分布进行了统计分析。     

热疲劳裂纹扩展的数值模拟

本文根据热疲劳损伤力学和有限元技术,研究了复杂温度环境下的热疲劳损伤现象,建立了复杂热力学边界条件下的热应力分析模型,研究了多变量耦合作用下的温度场、热应力场等的分布规律及高温交变热冲击条件热疲劳裂纹的扩展特性,并进行了实验验证,对于类似条件下工作设备的热损伤问题具有重要指导意义.     

TiN夹杂物对690合金传热管疲劳裂纹扩展行为的影响

采用销加载拉伸(PLT)方法和直流电压降法(DCPD)测试技术,测量了690合金管在室温和高温325℃空气中的疲劳裂纹扩展速率。结果采用Priddle模型拟合分析,预测得到了690合金管在室温和325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔK_(th)和断裂韧性K_c,高温下材料的疲劳裂纹扩展速率明显加快,表现为ΔK_(th)和K_c显著下降。试验结束后在扫描电镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,疲劳断口上观察到大量的TiN夹杂物,分析表明TiN夹杂物对690合金管的疲劳裂纹萌生和扩展有促进作用。     

Effects of recrystallization on the low cycle fatigue behavior of directionally solidified superalloy DZ40M

The effects of recrystallization on low cycle fatigue behavior were investigated on directionally solidified Co-base superalloy DZAOM.Optical microscopy and SEM were used to examine the mierostructure and fracture surface of the specimens.The mechanical testing results demonstrated that the low cycle fatigue property of DZ40M significantly decreased with the partial reerystallization.Fatigue cracks initiate near the carbides and the grain boundaries with slip-bands.Both the fatigue crack initiation and propagation can be accelerated with the occurrences of recrystallized grain boundaries.     

2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为(英文)

研究2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为。在室温条件下,采用光滑试样进行疲劳测试,其中最大应力为恒定值,应力比R为0.1,频率f为40 Hz。利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜及电子背散射衍射等手段对合金的微观组织进行分析,研究合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为与其微观组织的关系。结果表明:2A97合金的疲劳裂纹主要萌生于试样表面的杂质相和粗大第二相处;其疲劳裂纹的早期扩展行为主要受晶粒结构与位错或滑移带共同作用的影响。当相邻晶粒的错配度接近于其晶内的最优滑移面的位向差时,大角度晶界强烈阻碍滑移带的运动,从而导致裂纹分叉和偏折。     

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.     

Effect of interpass temperature on microstructure,impact toughness and fatigue crack propagation in joints welded using the GTAW process on steel ASTM A743-CA6NM

Mainly due to their great toughness, martensitic stainless steels are used for manufacturing hydraulic turbines. However, these steels have some restrictions regarding regions recovered by welding, mainly due to the formation of non-quenched martensite, which causes a reduction in toughness. Considering repair of hydraulic turbines, there is a great interest in developing welding procedures that increase impact toughness and avoid post-welding heat treatment (TTPS). This study aims to analyse the influence of interpass temperature on microstructure, impact toughness and fatigue crack propagation in multipass welded joints on martensitic stainless steel CA6NM, using AWS410NiMo filler metal and the gas tungsten arc welding (GTAW) process. In the sample with interpass temperature of 80°C, influence of the interpass temperature on the formation of ferrite δ, with intragranular formation in the two-phase δ field, was observed, while in the sample welded at 150°C, the formation of ferrite δδ occurred mainly in the single-phase field. The change in the formation of ferrite δ, with the low interpass temperature, promoted an increase in impact toughness and a decrease in the fatigue crack propagation when compared with the sample welded with a higher interpass temperature. The results obtained indicate that the TIG process is an excellent alternative for the repair of CA6NM steel, with a significant influence from the interpass temperature.     

塑性区对Inconel 690合金腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响

通过在室温空气及325 ℃饱和氧高纯水中进行疲劳裂纹扩展试验,研究单向塑性区长度rp对Inconel 690合金疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,同一频率下,随着rp的增加,裂纹扩展速率CGR加快,但环境影响因子Fen未发生明显变化;裂纹为穿晶型扩展,扩展过程中伴随着少量分支,载荷的变化对支裂纹数量没有明显的影响;断口为典型的腐蚀疲劳特征,裂纹扩展形成韧性断裂特征的山脊区和脆性疲劳断裂的疲劳平台。     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接接头组织及性能

文中对比研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接头和母材的高周疲劳性能,发现接头的高周疲劳性能与母材非常接近。在文中试验条件下,电子束焊接头在循环周次为2×10⁶时的高周疲劳强度为474 MPa,达到母材的94.2%。观察电子束焊接头和母材的高周疲劳断口形貌,发现接头和母材的疲劳源均位于试样表面。疲劳裂纹扩展区都发现疲劳辉纹,相同载荷条件下,母材高周疲劳断口中辉纹的间距较小,约为1.49 μm,电子束焊接头的相邻辉纹间距为2.14 μm。在接头和母材的疲劳瞬断裂区还发现大量韧窝,呈现出典型的韧性断裂特征。文中还对比了母材、热影响区和焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,发现热影响区的抗疲劳裂纹扩展性能最弱。分析认为,热影响区的高硬度是导致其抗疲劳裂纹扩展性能弱于其他区域的重要原因。