42CrMoE制连杆螺栓断裂失效分析

对断裂后的42CrMoE钢制连杆螺栓进行了失效分析,研究了螺栓的冲击功、硬度等力学性能,对其元素组成及含量进行了测定,采用金相显微镜分析其非金属夹杂物含量、显微组织,观察宏观断面形貌,及采用扫描电镜观测断口微观形貌。结果表明,螺栓的硬度及冲击功无明显异常现象,非金属夹杂物含量符合相应国家标准。表层和中层金相组织为回火索氏体、铁素体和下贝氏体,心部金相组织为回火托氏体、回火索氏体、铁素体及下贝氏体,晶粒度均为9~8级;螺栓失效属疲劳断裂,整体显微组织分布不均匀也是导致其断裂的重要原因;     

钢铁材料超高周疲劳的研究进展

随着工程需求的提升和试验手段的进步,对钢铁材料超高循环周次疲劳性能的研究逐渐深入,发现其机理与低周疲劳和高周疲劳有所不同。对钢铁材料超高周疲劳性能进行综述,总结了钢铁材料超高周疲劳的试验方法、S-N曲线、断裂机理、寿命评估模型以及超高周疲劳的影响因素,并提出了超高周疲劳今后的研究方向。     

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能. 结果表明, 超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高, 中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比. SEM断口观察表明, 绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物. 随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅ΔK_inc的减小, 疲劳寿命N_f增加; 而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅ΔK_GBF并不随N_f变化而变化, 基本为一常数, 且粗晶粒试样的ΔK_GBF高于细晶粒试样. 这表明, 细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.     

钢的超高周疲劳性能研究现状及发展趋势

综述了国内外钢的超高周疲劳研究进展,包括超高周疲劳的典型特征--"鱼眼",基于断面分析疲劳裂纹萌生和扩展的特征;分析了疲劳机理和相关的模型及探讨影响超高周疲劳的若干因素,如加载频率和环境介质等,并对超高周疲劳未来的研究方向进行了展望。     

铝合金焊接接头超高周疲劳性能研究进展

超高周疲劳是指材料应力循环次数达到1×107以上发生疲劳断裂的行为,不同于传统疲劳无限寿命的观点。为了能够合理化设计疲劳构件、有效评估寿命、减少安全隐患和经济损失,有必要对材料超高周疲劳性能进行深入研究。总结了铝合金超高周疲劳S-N曲线的特征、疲劳裂纹的产生、裂纹扩展以及影响疲劳破坏的因素,在此基础上提出利用TIG熔修、机加工打磨、超声冲击等延寿技术提高疲劳寿命;最后在分析现状的基础上,提出一些有关铝合金超高周疲劳寿命的研究方向。     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对SMA490BW钢焊接接头的超高周疲劳性能进行研究,通过X射线应力仪对焊接试样残余应力进行测试,采用扫描电镜对疲劳裂纹的萌生、扩展及疲劳断裂机理进行观察和分析. 结果表明,SMA490BW钢母材的疲劳性能远高于焊接接头,在1 × 10⁸循环周次条件下,接头的疲劳强度为141 MPa,仅为母材的44.2%. 接头裂纹主要萌生于焊趾表面缺陷处,疲劳断裂机理表现为准解理断裂, 并伴有塑性变形痕迹. 焊趾处几何不连续造成的应力集中和焊缝及其附近区域一定的残余拉应力,以及接头各微区组织和性能的不均匀性,是导致焊接接头疲劳性能偏低的主要原因.     

TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳性能研究

针对航空发动机压气机叶片复杂载荷环境下的超高周疲劳问题,开展了TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳试验,研究其在弯曲加载下的超高周疲劳破坏行为。疲劳试验结果表明：在两种应力比（R=0.3、0.5）下,当循环次数超过107次时,试件仍发生疲劳断裂,S-N曲线均呈现双线性特征;SEM断口分析表明,随着最大应力的降低,裂纹萌生位置由试件表面向次表面转移,疲劳裂纹萌生是表面滑移和内部解理断裂之间相互竞争的结果;基于疲劳寿命建立模型分析了应力比对2种裂纹萌生机制之间竞争行为的影响。采用红外热像仪监测试件表面的温度,高周疲劳试件的温度变化分为四个阶段：稳定升高、稳定降低、快速升高和快速降低阶段,而超高周疲劳试件的温度变化分为三个阶段：稳定升高、快速升高和降低阶段。最后,阐述了疲劳过程中热产生和传热的特点,并分析了温度变化与应力分布的关系。     

回火温度对42CrMo钢超高周疲劳行为的影响

利用超声疲劳试验方法研究了不同回火温度对汽车轴用42CrMo调质钢疲劳性能的影响以及其裂纹萌生机理。结果表明,42CrMo调质钢的疲劳S-N曲线在106~109cyc范围内存在平台,490℃回火后109cyc的疲劳极限为600 MPa,520℃回火后109cyc的疲劳极限为550 MPa。SEM断口观察表明42CrMo钢在高应力水平下疲劳裂纹倾向于在表面萌生,应力在疲劳极限附近疲劳裂纹倾向于在内部Al2O3夹杂处萌生,疲劳后材料中的碳化物明显增加。TEM结果显示经过疲劳后屈氏体中板条的尺寸从原始的237 nm降低为138 nm。同时定量分析了夹杂尺寸与疲劳极限和疲劳寿命的关系。     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能

采用超高周疲劳试验系统研究7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,焊接接头在10⁷周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线在10⁸周次左右出现转折点,呈折线型下降;通过SEM对超高周疲劳断口形貌进行观察发现,当应力范围较高时,试件的疲劳裂纹往往在表面萌生,随着应力范围的降低,裂纹有亚表面和内部萌生的倾向;裂纹萌生位置取决于表面起裂和内部起裂相互竞争的结果;试件的断裂位置多为焊接接头的热力影响区和热影响区,EBSD和接头硬度的分析结果表明断裂位置与接头组织不均匀密切相关.     

Q345桥梁钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳振动技术研究了桥梁钢Q345qC的母材和圆形对接焊接接头试件的高周与超高周疲劳性能.试验发现,在105～109循环周次内焊接接头的疲劳性能远低于母材,且无论是母材还是焊接接头其S-N曲线都是呈连续下降趋势.当母材服役超过107周次,焊接接头服役超过5×106周次以后,试件仍然发生疲劳断裂.结果表明,焊接接头...     

GCr15轴承钢超高周疲劳性能与夹杂物相关性

真空冶炼与电渣重熔2种工艺制备的GCr15轴承钢的超高周疲劳测试结果表明,电渣重熔能更好地控制钢中夹杂尺寸及其分散性,因此具有较好的疲劳性能.实验与理论分析表明,对于一定强度的材料,疲劳萌生处的颗粒亮区(GBF)边界处的应力强度因子范围(△KGBF)为一恒定值,且随材料的屈服强度增加AKcBF逐渐减小.     

热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响

对50钢进行了正火 高温回火、中温回火、高温回火三种不同热处理状态的对称拉压超声疲劳试验,同时用扫描电子显微分析技术和X射线能谱分析方法对50钢的疲劳断口形貌进行显微分析,研究其疲劳断裂行为和疲劳断裂机理.结果表明,50钢存在表面和内部两种裂纹萌生机制;在本试验范围内,热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响较低周和高周为小,随着寿命的增加,影响越来越弱;热处理工艺对50钢不同的疲劳阶段有不同的影响起源于不同的裂纹萌生机制,对常规疲劳性能起改善作用的热处理工艺可能对材料超高周疲劳性能的改善没有太大作用.     

超高周疲劳寿命预测方法探讨

分析了金属材料超高周疲劳断口形貌特征,介绍了基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型和基于位错理论的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,并结合前期有关金属材料超高周疲劳行为的试验数据,对2种预测模型的误差进行分析。结果表明,基于位错理论的寿命预测模型较为准确;而基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型,其预测精度随着疲劳寿命的增加而降低,即材料组织缺陷萌生成为疲劳裂纹阶段占据疲劳寿命的绝大部分。在此基础上,提出了超高周疲劳寿命预测的研究方向:疲劳裂纹的萌生机制,特别是裂纹源表面萌生和内部萌生的竞争性机制;建立大样本数据,结合统计学方法,以工程构件的服役安全性和可靠性为基础,精确评价超高周疲劳寿命。     

金属材料超高周疲劳失效的基本特征

随着工业技术水平和金属材料强度的提高,超高周疲劳已经成为工程部件失效的新问题,超声疲劳试验是目前研究金属材料的超高周疲劳性能的主要方法.对金属材料超高周疲劳失效的基本特征进行了总结分析.超高周疲劳的S-N曲线一般分为3种形态特征:持续下降型、阶梯下降型和传统无限寿命型;裂纹萌生的位置与金属材料的种类、夹杂物的尺寸和残余...     

钛合金低周疲劳性能研究

采用轴向应变控制的方法，在Ｉｎｓｔｒｏｎ－１３４３型万能疲劳试验机上测定了ＴＡ５钛合金的低周疲劳性能数据，研究了在循环载荷下该材料的应变与寿命的关系，初步预测了ＴＡ５钛合金的低周疲劳寿命。结果表明，塑性变形是造成ＴＡ５合金疲劳损伤的根本原因；通过试验求得的该材料的应变与寿命关系曲线其对数方程为一直线ε_ｔ＝０．０２８８Ｎ~（－０．１９９７）（其中相关系数ｒ＝０．９９１４．标准差Ｓ＝０．２１５３）；ＴＡ５钛合金具有循环软化的特性；其低周疲劳断口具有明显的挤压条纹特征。     

6005A铝合金激光-MIG复合焊接接头超高周疲劳性能试验研究

对18 mm 6005A铝合金厚板进行多层多道激光-MIG复合焊接,采用超声疲劳试验技术对板状焊接接头与母材的超高周疲劳性能进行试验研究。结果表明,焊接接头和母材在10~9循环周次后均会发生疲劳断裂。焊接接头的高周疲劳数据点分散性较大,母材和焊接接头的S-N曲线均呈连续下降趋势,在10~6~10~9周次范围内焊接接头的疲劳强度为母材的50%~80%。对比IIW标准疲劳曲线发现,焊接接头的疲劳性能在N=10~4循环周次下与IIW标准基本一致,在高周范围内表现优于IIW标准。经扫描电镜微观分析发现,焊接接头的裂纹通常萌生在表面气孔处,疲劳裂纹断裂形式为穿晶断裂,主要表现为准解理断裂特征。     

Ti-6Al-4V超高周疲劳性能研究及可靠性寿命分析

运用超声疲劳试验系统和MTS液压伺服疲劳试验系统开展了Ti-6Al-4V钛合金在不同加载频率下的超高周疲劳试验,使用扫描电镜观察了试样断口形貌并对超高周疲劳试验数据进行了可靠性疲劳寿命分析。结果表明：疲劳循环周数超过107以后,Ti-6Al-4V钛合金试样依然会发生疲劳断裂,不存在传统意义上的疲劳极限。裂纹萌生于试样表面和次表面,随着应力水平降低,萌生位置由表面向次表面转变;试样断口平坦,裂纹源呈现类“鱼眼”特征,裂纹萌生于材料次表面微观组织不均匀处,周围出现黑色颗粒海绵状特征;20Hz和20KHz两种频率下的试验数据吻合良好,加载频率对材料的疲劳性能没有明显影响;Ti-6Al-4V钛合金材料的超高周疲劳寿命服从三参数威布尔分布,采用单侧容限系数法建立了不同置信度和不同存活率下的疲劳寿命模型,给出了p-γ-S-N曲线。     

超高碳球墨铸钢热疲劳性能研究

研究了新型耐磨耐热材料——球墨铸钢。通过对钢液进行适当的球化处理，铸态组织直接获得一定数量的球状石墨、碳化物和珠光体，并有效地降低了有害杂质的含量。重点研究了球墨铸钢的热疲劳性能。研究表明：球墨铸钢的耐热性能优于传统铸钢与锻钢40Cr。     

高速列车车轴材料的低温高周疲劳性能

现行高铁车轴的设计标准是基于高周疲劳"安全寿命"设计方法,但并未考虑低温服役环境下车轴材料的高周疲劳行为。本文采用低温旋转弯曲疲劳试验机,测试了进口EA4T车轴钢的室温和低温高周疲劳性能以及国产DZ2车轴钢的低温高周疲劳性能,绘制了其疲劳S-N曲线和P-S-N曲线。结果表明:EA4T车轴钢低温高周疲劳性能优于室温高周疲劳性能,DZ2车轴钢与进口EA4T车轴钢的低温高周疲劳性能相近;疲劳裂纹均起源于表面,裂纹穿晶扩展。