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。     

7449合金高周疲劳及裂纹萌生行为

研究7449-T7951合金的高周疲劳及裂纹萌生行为。在室温下,采用光滑及缺口试样进行疲劳寿命测试,应力比(R)分别为0.5和1.0。采用金相显微镜、扫描电镜及透射电镜对该合金的微观组织及疲劳试样断口进行分析,以揭示其疲劳裂纹萌生机理与合金微观组织之间的关系。结果表明:7449-T7951合金具有优异的疲劳性能;应力比为0.5和1.0时,光滑试样的疲劳寿命极限(σN)分别为349和134 MPa,而缺口试样的σN(缺口系数Kt=3.0)分别为138和70 MPa。其裂纹萌生行为受合金中粗大第二相、析出相、晶界和位错(滑移带)的共同影响。     

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.     

第二代单晶高温合金的低周疲劳行为

研究了含0.34%Hf DD6单晶高温合金在760℃下的低周疲劳行为,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,含0.34%Hf DD6合金比含0.10%Hf的疲劳寿命稍有降低;其损伤以弹性损伤为主。疲劳裂纹萌生于试样表面、亚表面或试样内部后,先沿垂直应力轴方向扩展,后沿{111}面扩展。其断裂机制为类解理断裂。断口上有典型的疲劳条带。断裂组织分析表明,位错主要在基体通道中扩展,变形后期切过γ'相,形成滑移带。     

2197(Al-Li)-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

研究了2197-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展特性。结果表明,2197铝锂合金的疲劳裂纹萌生与应力水平有关,在较低应力下,主要萌生在第二相粒子、第二相粒子/基体界面以及表面缺陷处,而在较高应力水平下,还出现沿滑移带和晶界处萌生。裂纹的扩展优先沿有利滑移面,在晶粒间的扩展以沿{111}面的穿晶扩展为主,也有沿小角度晶界扩展的情况,合金具有很好的平面滑移性。裂纹在晶粒内的扩展并非沿一个滑移系的直线扩展而是频繁发生偏折,却始终沿{111}面,可剪切共格相δ’粒子造成晶内扩展路径曲折。     

45钢上堆焊Fe-C-Cr-Nb合金的压缩疲劳行为

针对水泥挤压辊的压缩疲劳工况,采用自行设计的双切口疲劳试样,试验了45钢母材上堆焊六种Fe-C-Cr-Nb合金的压缩疲劳行为. 对疲劳试样表面进行原位观察和激光共聚焦裂纹分析,切口的应力应变集中促进其下方热影响区(HAZ)局部滑移线聚集并形成塑性变形区,同时在切口底部边缘萌生疲劳裂纹,穿过堆焊合金扩展进入HAZ. 疲劳裂纹还在熔合线萌生并扩展,最后导致疲劳失效. 试验结果表明,疲劳试样的a-N曲线近似为直线. 堆焊合金基体组织主要为高硬度马氏体时,疲劳裂纹扩展速率大,疲劳寿命仅5万次;基体组织为较软的铁素体或奥氏体时,裂纹扩展速率小,疲劳寿命长达54万次.     

TiAl合金750℃下疲劳小裂纹行为研究

研究Ti-46Al-4Nb-1.8Cr-0.2Ta合金在高温下小裂纹的萌生和扩展行为。选用光滑板材试样在原位试验机上进行750 ℃、应力比R=0.1、频率为4 Hz的疲劳试验,并使用扫描电镜对裂纹微观形貌进行观察。结果表明:片层组织TiAl合金的疲劳裂纹最易在片层团界萌生,疲劳过程中伴随较大的微观塑性变形,并在片层团界及片层间萌生大量裂纹,疲劳裂纹扩展试样半圆形缺口根部与水平方向呈45°的应力集中区域最易萌生裂纹,主裂纹通过疲劳过程中产生的片层团界裂纹、片层间裂纹合并而成,并沿与载荷方向垂直的方向扩展。在疲劳裂纹扩展后期,裂纹为穿层扩展断裂。     

粉末高温合金FGH4096的疲劳小裂纹扩展行为

以粉末高温合金FGH4096为研究对象,开展了2个不同最大应力条件下的疲劳小裂纹扩展实验。利用SEM结合EBSD观察了小裂纹扩展路径,表征了扩展路径上晶粒的取向,重点从小裂纹的三维属性和扩展物理基础出发,研究了小裂纹的扩展和停滞行为。结果表明：小裂纹自萌生到总长度超过1.0 mm后始终保持沿八面体滑移面扩展的行为;晶界和孪晶界是阻碍小裂纹扩展、导致小裂纹扩展停滞的微观组织,这些晶界/孪晶界的M因子都较邻近晶界的M因子低,表明M因子可用作表征晶界/孪晶界阻碍小裂纹扩展的能力。根据晶界性质和载荷的不同,小裂纹在晶界/孪晶界处发生扩展停滞后可以有3种行为：一是在经历一定循环数后,裂纹穿越晶界继续扩展;二是在裂纹停滞期间,裂纹转到所在晶粒内的其他滑移面或沿扩展路径上其他晶粒内的滑移面继续扩展;三是二次裂纹在停滞的主裂纹尖端附近1～2个晶粒范围萌生,并与主裂纹连接后继续扩展成为新的主裂纹,该裂纹行为仅出现在最大应力接近屈服强度范围下限的试样中。     

A6N01铝合金焊接接头疲劳损伤和断口形貌分析

采用高频疲劳试验机对A6N01铝合金MIG焊接试样进行低周拉伸疲劳试验,研究了A6N01铝合金焊接接头疲劳过程中表面形貌变化和疲劳断裂后的断口形貌。结果表明:随着循环应力的加载,在试样产生裂纹之前,晶界处位错塞积严重,产生永久滑移带,裂纹源萌生于永久滑移带。气孔、夹杂等缺陷处应力集中较大,也容易称为裂纹源。在裂纹扩展过程中,主裂纹对次裂纹的扩展具有屏蔽作用。裂纹在相邻的不同位向的晶粒中扩展时,裂纹扩展方向发生变化。A6N01铝合金焊接接头疲劳断口有较多浅显的韧窝,说明A6N01铝合金焊接接头具有良好塑性。     

SEM原位观察3104铝合金板材的断裂行为

利用原位拉伸扫描电镜,观察并研究了3104铝合金冷轧板动态拉伸过程中裂纹萌生和裂纹扩展情况,讨论了裂纹萌生和扩展与板材微观组织之间的关系。结果表明：在拉伸过程中,裂纹起源于滑移带处,并沿滑移带扩展。裂纹扩展路径受拉伸应力状态以及板材内部晶粒和粗大第二相分布的影响。原位拉伸断裂模式为韧窝断裂和剪切断裂复合断裂模式,断口形貌受裂纹扩展应力状态的影响。     

Al—Zn—Mg—Cu—Zr（-Sn）合金的强度和疲劳断裂行为

通过拉伸试验和疲劳裂纹扩展试验研究了Al-Zn—Mg—Cu-Zr（--Sn）合金的强度和疲劳断裂行为。运用光学显微镜（0M）、扫描电镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对试验合金的微观组织进行分析检测。结果表明,Sn的添加可以阻碍固溶时Al-Zr-Mg-Cu-Zr合金晶粒的长大,也使得过时效Al-Zr-Mg-Cu-Zr-Sn合金的晶界无沉淀析出带（PFZ）变窄及晶界析出相变小,因此,提高了合金的抗疲劳裂纹扩展能力。此外,过时效的Al—Zn—Mg—Cu—Zr-Sn合金具有较高的抗拉强度。     

Cu双晶的循环形变行为与疲劳裂纹萌生：Ⅱ.疲劳裂纹萌生与早期扩展

用扫描电镜观察了受应变疲劳载荷作用的Ｃｕ双晶物的表面形貌，发现晶界是疲劳形变双晶是有利的裂纺萌生地点，在滑移带撞击晶界的地方，特别是在几条粗滑移带共同撞击晶界的地方观察到许多疲劳微裂纹；并且发现与平行晶界双晶相比，垂直晶界双晶有有利于疲劳裂纹沿晶界作早期扩展。     

一种等应力试样中的疲劳短裂纹行为

设计了一种三角形试样,当施加弯曲载荷时,该试样等腰三角形段内的表面拉应力为常数。采用振动试验机对所设计的试样进行疲劳试验,以研究一种焊接金属表面疲劳短裂纹萌生和发展特征。结果表明,疲劳短裂纹起源于铁素体晶内的滑移带。随疲劳周次增加,短裂纹发展以裂纹密度不断增加为主要特征。短裂纹的汇合造成裂纹发展且裂纹路径以穿晶为主。     

铜晶体的疲劳损伤微观机制

对Cu单晶体、双晶体和多晶体疲劳损伤微观机制的总结结果表明：在中、低应变范围Cu单晶体的疲劳裂纹主要沿驻留滑移带萌生,而在高应变范围则沿粗大形变带萌生;Cu双晶体中疲劳裂纹总是优先沿大角度晶界萌生和扩展,而小角度晶界则不萌生疲劳裂纹;对于Cu多晶体,疲劳裂纹主要沿大角度晶界萌生,有时也沿驻留滑移带萌生,而孪晶界面两侧由于滑移系具有相容的变形特征而未观察到疲劳裂纹萌生．     

GH536高温合金焊接接头疲劳裂纹萌生与扩展原位试验研究

采用原位疲劳试验方法,实时观察了GH536焊接接头疲劳裂纹的萌生和扩展行为,从而揭示了GH536焊接接头疲劳裂纹的萌生和扩展机制:疲劳加载过程中,位错沿滑移带在晶界前沿塞积,晶界阻碍位错运动,裂纹沿滑移带开裂,萌生疲劳裂纹;疲劳裂纹扩展初期,受单滑移的交替作用,裂纹呈“Z”字型向前扩展,随后裂纹的扩展逐渐以主应力控制为主,垂直于加载方向、平直向前扩展;GH536合金焊接接头组织中的晶界和碳化物会阻碍疲劳裂纹的扩展。     

SHORT FATIGUE CRACK BEHAVIOUR IN ISO-STRESS SPECIMENS

Fatigue tests were made on a vibration machine using specially designed specimens to investi-gate the initiation and propagation features of short fatigue cracks in a weld metal.The spec-imens were triangular in shape so that when loaded as a cantilever beam the surface tensilestress is constant.Test results show that short fatigue cracks mainly originate from slip bandswithin ferrite grains.The development of short fatigue cracks is marked by a gradual increasein crack density with fatigue cycles.Coalescence of short cracks leads to crack propagationand the crack path is predominantly transgranular.     

Investigation of fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V during tensile-tensile fatigue

Fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V has been investigated in high cycle fatigue (HCF) and low cycle fatigue (LCF) regimes at stress ratio R=0.1 using the replication technique. In all four tested α/β microstructures, the crack was initiated by fracture of equiaxed alpha grain. Fractured alpha grains are seen on the fracture surface as flat facets with features characteristics of cleavage fracture. In the regime of low stress amplitudes and in the absence of reverse loading, cleavage fracture contributes to crack initiation and early stages of crack growth in Ti-6Al-4V. This mechanism is discussed in relation to the anomalous mean stress fatigue behavior exhibited by this alloy.     

稀土相与表面处理对Ti-60钛合金疲劳源的影响

对Ti-60高温钛合金的疲劳断口进行了扫描电镜（SEM）、二次电子像（SEI）背散射电子像（BEI）分析,根据疲劳裂纹源所在位置的不同研究了Ti-60高温钛合金的疲劳裂纹源位置。结果表明,疲劳裂纹源在表面未强化试样表面稀土相处萌生,而对表面强化试样而言,疲劳裂纹源在表面强化层下稀土相处或滑放区萌生。用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对疲劳裂纹萌生的条件及疲劳强度的影响进行了分析。