XCQ16和20Mn2车轴用钢疲劳失效的微观机理

利用扫描电镜(SEM)对XCQ16和20Mn2两种车轴用钢疲劳断口和裂纹扩展断口进行分析,研究疲劳失效过程中的裂纹萌生及扩展机理.结果表明:裂纹均是从试样表面萌生,非金属夹杂和位错是主要的萌生机制;XCQ16钢在疲劳断口中部区的裂纹闭合效应大于20Mn2钢,裂纹扩展较慢;两者在裂纹扩展区的扩展机理不同,XCQ16钢属于塑性断裂,20Mn2钢属于解理断裂;在非金属夹杂上,XCQ16钢多含氧化物和硫化物的混合夹杂,20Mn2钢主要是氧化物夹杂,混合夹杂对材料的疲劳性能影响较小.     

16Mn钢疲劳裂纹扩展的实验研究

实验发现，１６Ｍｎ钢在交变载荷作用下，裂纹尖端附近的碳原子沿应力梯度方向向裂尖扩散，在裂纹尖端附近，原来的铁素体区域生成二次珠光体组织，疲劳裂纹在二次珠光体组织上扩展。本文对此现象进行了分析，得到了有实际意义的结果。     

WC-Co硬质合金疲劳断裂机制研究

疲劳和断裂是硬质合金失效的主要原因之一.主要对WC-Co硬质合金的高周疲劳性能和裂纹扩展行为进行了较为系统的研究.结果表明,WC-Co硬质合金材料表现出明显的疲劳效应,即应力水平的降低伴随着疲劳寿命的上升.在高应力区域,合金的疲劳寿命与强度有关;合金的强度越高,其疲劳寿命越长.随着应力幅值的降低,这种强度与疲劳寿命的联系越来越不明显,特别是进入高周疲劳区域后,高粘结剂含量的合金反而表现出更高的疲劳抗性.疲劳裂纹主要沿晶界和在粘结相中扩展;材料在承受疲劳载荷后,粘结相与WC硬质颗粒之间发生了剥离,这种脱粘造成WC颗粒之间相互错动形成孔隙和微裂纹,这些孔隙和微裂纹相互连接加速了裂纹的扩展并最终导致材料的断裂.粘结相在疲劳过程中产生了大量堆垛层错并发生相变,同时有析出物产生.     

环境对316L钢塑性疲劳短裂纹萌生与扩展行为的影响

研究在对称恒幅塑性应变（Ｒ＝－１，△εＰ＝２×１０－３控制下，真空条件及温度效应对３１６Ｌ钢的塑性疲劳短裂纹萌生和扩展行为的影响。通过观测表面主裂纹长度及裂纹密度随循环周次发展规律给出材料表面损伤的定量分析。结合对表面主裂纹长度与深度的分析建立起疲劳短裂纹前沿扩展速率与循环Ｊ积分及基于塑性应变控制下等效应力强度因子的关系。     

粉末高速钢疲劳裂纹萌生与扩展的研究进展

本文系统的阐述了近30年来粉末冶金高速钢的疲劳裂纹的萌生与扩展行为的研究进展。粉末高速钢晶粒细化、碳化物分布均匀,弥散度高,碳化物细化效果使得抗弯强度、冲击韧性大幅度提高。但是粉末高速钢由于微结构之间的平均距离比熔铸高速钢要小的多,其裂纹扩展速率较高,使得粉末高速钢过早断裂的危险性比熔铸高速钢要大。而减少粉末高速钢夹杂物的临界尺寸和降低孔隙率可以有效的改善其疲劳性能。     

钢的超高周疲劳性能及其影响因素研究进展

 在现代工业中,许多钢结构被要求承受108以上的疲劳载荷,钢的超高周疲劳性能研究已成为疲劳研究领域的一大热点。对当前国内外钢的超高周疲劳性能及其影响因素研究进行了综述,主要介绍了超高周疲劳S-N曲线、超高周疲劳裂纹萌生和扩展机理以及几个超高周疲劳性能影响因素,并提出了以后在超高周疲劳问题研究中需要进一步研究的方向,为当前超高周疲劳研究提供一个参考。     

疲劳短裂纹特性研究

以缺口件为研究对象,对缺口根部短裂纹的萌生与扩展特性进行了研究.结果发现,缺口根部的表面裂纹扩展,是造成缺口试样破坏的主要原因,其扩展特性强烈地受微观结构的影响,而穿透裂纹的早期扩展,却明显地具有奇异性.     

氢致钢内部疲劳裂纹萌生和扩展的有限元分析

对氢致钢内部疲劳裂纹的萌生和扩展进行了数值模拟.首先用有限元法分析了氢在疲劳载荷作用下向钢中缺陷处扩散富集的过程,然后计算得到氢含量分布结果.根据夹杂理论将氢富集区视为在缺陷附近分布的弹性夹杂,用有限元法计算得到的氢含量场求出夹杂处的应力强度因子,进而建立疲劳裂纹萌生和扩展的判据.比较了在不同加载条件下氢致疲劳裂纹萌生和扩展的规律.用梯形法修正了Sofronis和McMeeking的瞬态扩散有限元公式,发现用梯形法可以缓解加载初期较高的浓度梯度和应力梯度引起的计算结果震荡的情况,这对于计算开裂判据是十分重要的.最后讨论了提高模拟精度和改进模型的方法.     

疲劳裂纹萌生尺寸确定方法研究

以缺口件为研究对象 ,根据J积分理论 ,对Dowling法进行了改进 ,并根据疲劳非扩展裂纹的性质 ,给出裂纹萌生尺寸的定义 ,介绍疲劳裂纹萌生尺寸的确定方法     

无镍高氮不锈钢弯曲疲劳裂纹萌生与扩展行为

 采用四点弯曲疲劳试验研究了不同应力水平下无镍高氮不锈钢的疲劳行为,并对材料疲劳裂纹的微观形貌、萌生位置及扩展路径进行了分析。结果表明,试验钢疲劳为多裂纹起裂,随着应力水平的升高,裂纹总长度逐渐增加,当应力水平接近材料屈服极限时,裂纹长度趋于稳定;裂纹大多数在滑移带处萌生,裂纹在扩展过程中产生了扭曲、偏移和分叉现象;裂纹在晶内主要沿单滑移带或多滑移带交替扩展,穿过晶界或孪晶界时大多发生了偏转。     

Q345R钢中微缺陷的裂纹萌生与扩展

 对压力容器与压力管道用钢Q345R在低周疲劳下微孔（[?]40～200 μm）的裂纹萌生与扩展规律进行了研究。研究表明小裂纹的萌生主要机理为滑移带启裂,并且由剪应力起主导作用。微缺陷的尺寸、应力幅等因素对疲劳寿命均有影响显著,当应力幅值较低时,微孔的尺寸对疲劳寿命有明显影响。当应力幅值水平较高时,小孔直径对疲劳寿命的影响则不敏感。微观缺陷尺寸存在临界值,当缺陷尺寸大于临界值时,疲劳寿命下降很快。在同一应力幅水平下,裂纹萌生寿命与疲劳总寿命的比值[（Nt/Nf）]与微孔尺寸没有关系,本试验的低周疲劳下约为10%～25%。     

基于动载荷谱的齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了探讨齿轮弯曲疲劳寿命计算问题,将齿轮疲劳总寿命分为两个阶段,即疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命.通过ADAMS软件仿真实验齿轮的工作情况,使其接近真实状况,得到齿轮载荷谱.根据齿轮载荷谱,利用有限元ANSYS软件分析在齿轮齿根危险截面处的最大应力.采用断裂力学、雨流法和Miner疲劳损伤累积模型,对考虑动载荷情况下的齿轮弯曲疲劳寿命进行预测,推导了齿根裂纹萌生期和扩展期的疲劳寿命计算公式.在高频疲劳试验机上对算例齿轮进行了双齿脉动加载齿根弯曲疲劳寿命实验研究,理论计算结果与实验结果基本吻合,验证了本文理论分析的正确性.     

15Cr14Co12Mo5Ni2齿轮钢的扭转疲劳特性及裂纹扩展行为

 通过扭转疲劳试验,研究了15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳断裂的裂纹扩展行为和夹杂物尺寸与扭转疲劳寿命之间的关系。得到了钢的扭转疲劳极限强度和[τ-N]曲线,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳极限强度为350 MPa,扭转疲劳寿命分散度较大。通过断口观察,发现15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳破坏模式以表面破坏和近表面破坏为主,主要由氧化物夹杂引起。通过计算应力强度因子[ΔK]和裂纹扩展门槛值[ΔKth]分析15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳裂纹扩展的断裂力学条件,试验钢在断裂过程中受载荷情况为,II型载荷—I型载荷—II型载荷—I＋II型载荷,分别对应起裂源区、纤维区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区;当有大裂纹产生时,则不会产生纤维区,受载荷情况则为：II型载荷—I＋II型载荷。通过公式推导和数据拟合得到夹杂物尺寸和15Cr14Co12Mo5Ni2钢扭转疲劳寿命的关系,发现随着夹杂物尺寸减小,钢的[τ-N]曲线向高寿命区移动。当引起裂纹萌生的夹杂物尺寸小于5 μm时,在350 MPa应力下,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳寿命超过107循环周次。     

Fatigue crack initiation and propagation behavior of high cobalt molybdenum stainless bearing steel

The crack initiation and propagation behavior of high cobalt molybdenum stainless bearing steel was studied by rotating bending fatigue test with smooth cylindrical specimens and notched specimens (theoretical stress concentration factor Kt=3). The fatigue limit and S- N curve of bearing steel were measured by up- and- down method and group method, respectively. The fractures of the specimens were observed by scanning electron microscopy. The results show that the cracking type of the smooth specimens is single source initiation. The crack source is surface defects and subsurface inclusion. The surface defects are surface roughness, persistent slip band and machining dent, while the subsurface inclusion is Al2O3- CaO- MgO- SiO2 composite inclusion. The fatigue limit of notched specimens is significantly decreased. The cracking type of the notched specimens is multi- source initiation. The notch sensitivity factor qf of bearing steel is 1. 18. The fatigue failure of the smooth specimens is transferred from the surface roughness with high stress amplitude to the persistent slip bands, the machining dents and the inclusions with low stress amplitude. The fatigue crack initiation life accounts for more than 94. 1% of the whole fatigue life.