GCr15钢超高周疲劳行为的实验研究

以GCr15钢为实验材料进行旋转弯曲超高周疲劳行为的实验研究.用光学显微镜和扫描电镜对试样疲劳断口进行观察,结果显示,疲劳断裂周次从106直到4×108,GCr15钢疲劳裂纹大多起源于试样内部,裂纹源一般为非金属夹杂物.从内部起裂的试样,疲劳寿命一般比从表面起裂试样的寿命长.文中从断裂力学和断裂物理的角度,对实验结果和疲劳机理进行分析.     

20 kHz频率下高强度钢超高周疲劳研究

应用超声疲劳试验技术，对两种高强度钢在20kHz频率下10^5～10^10循环周次的疲劳性能进行了测试分析。结果表明：应力比R=-1时，D38MSV5S钢与100C6钢在10^5～10^10循环周次之间，试样仍会发生疲劳断裂，疲劳强度随循环次数的增加而下降；R=0．1时，D38MSV5S钢在10^6～10^7循环周次之问会出现疲劳强度。与30Hz频率下常规疲劳试验数据比较发现，频率对100C6钢的疲劳性能影响不大；R=-1时，D38MSV5S钢20kHz频率下的SN曲线略低于30Hz频率下的SN曲线，当R=0．1时，频率对D38MSV5S钢疲劳性能的影响更为明显。在超高周疲劳循环下，疲劳破坏主要起源于试样内部夹杂物。     

304不锈钢的超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验技术对304不锈钢超高周疲劳性能进行了研究,并用扫描电镜对疲劳断口进行了分析.结果表明:304不锈钢在105～1010周次范围内的S-N曲线呈阶梯型下降趋势;在106～108周次出现平台,平台对应应力幅约为200 MPa;在平台应力以下,108周次以上超高周范围304不锈钢仍然发生疲劳断裂,不存在传统意义的疲劳强度;高周和超高周断裂试样的裂纹主要从试样表面萌生.     

腐蚀对TC17钛合金超高周疲劳性能的影响

针对航空发动机在腐蚀环境下存在的超高周疲劳问题,先对TC17钛合金进行加速腐蚀处理,然后应用超声疲劳试验系统在室温下研究了腐蚀对TC17钛合金超高周疲劳性能的影响,最后观察了疲劳断口形貌。结果表明:在疲劳循环大于107周次时,腐蚀与未腐蚀的试样都会发生疲劳断裂,并不存在明显的疲劳极限;腐蚀后钛合金的疲劳强度略有降低,且随着载荷循环周次的增加,其S-N曲线更接近未腐蚀钛合金的;腐蚀后钛合金的疲劳源位于表面,氧化膜破坏导致的点蚀是疲劳裂纹于表面萌生的主要原因。     

超高周疲劳研究现状及展望

超高周疲劳是指疲劳周次达到10^8及其以上时材料的疲劳行为。与一般认识的疲劳行为不同之处是,超高周疲劳发生在传统疲劳极限以下,因此研究超高周疲劳行为有助于进一步理解疲劳的本质和疲劳机理。文中综述近几年超高周疲劳研究的进展,包括超高周疲劳的典型特征,如S-N曲线的特点、断口特征、断面上的鱼眼形貌以及裂纹的起源与扩展特征等;分析疲劳机理和相关的模型以及简要探讨影响超高周疲劳的一些因素,如加载频率、加载方式、氢的作用等。在此基础上提出值得进一步研究的几个问题。     

金属材料超高周疲劳研究进展

随着机械装备很多关键零部件设计寿命的提高,超高周疲劳研究已经成为工程材料研究领域一个新的热点问题,近几十年来在世界各地得到广泛开展.文中综述国内外金属材料超高周疲劳研究取得的成果,特别是近十年来在金属材料超高周疲劳试验方法、疲劳行为特征、机理和寿命预测等方面的进展,重点讨论超高周疲劳裂纹萌生和扩展的研究中得到的试验结果和形成的理论模型.指出超高周疲劳研究现有理论和计算模型存在的不足,并提出几个值得进一步研究的问题和有价值的研究方法.     

316L钢中温环境下应力控制的低周疲劳行为研究(二)

通过对316L钢在420℃环境下应力控制的低周疲劳实验，揭示和分析了316L钢在420℃环境下的弹性模量、全应变范围、塑性应变范围、塑性应变能及平均应变随加载历史和名义应力范围的变化特性，为以后的寿命评估模型提供依据。     

金属材料超高周疲劳研究综述

从20世纪80年代日本的学者提出钢铁材料在超过10^7的应力循环出现疲劳破坏的现象后,到20世纪90年代这一现象得到欧洲学者的重视,并通过很多合金的10^10应力循环的超声疲劳实验数据证明这一现象的存在。至此,超高周疲劳研究在国际上逐渐成为疲劳研究领域的一个热点。文中论述金属材料超高周疲劳研究的背景及意义,介绍最近几年超高周疲劳的研究成果,回顾金属疲劳研究的历史,明确超高周疲劳在疲劳研究史上的地位,提出今后超高周疲劳研究的课题。     

N80Q钢的低周疲劳特性及寿命预测

在Instron 8862型疲劳试验机上对油井套管用N80Q钢进行完全对称循环载荷(平均应变为0)和非对称循环载荷(平均应变为0.5％和1.0％)下的低周疲劳试验,研究该钢的低周疲劳特性,并讨论了考虑不同因素的低周疲劳寿命模型的预测精度.结果表明:塑性应变能随应变幅的增大呈线性增长趋势,平均应变对塑性应变能几乎无影响;...     

316L钢中温环境下应力控制的低周疲劳行为研究(一)

通过对316L钢在420℃环境下应力控制的低周疲劳实验，得出316L钢在420℃环境下的应力-寿命曲线，与B．F．Langer公式和英国BSl515标准进行对比，结果表明英国BSl515标准的设计曲线是安全的，而B．F．Langer公式偏于不安全。对B．F．Langer公式进行了一定的修正，结果表明，修正后的B．F．Langer公式在很长的寿命区间内都位于实验曲线下方，并具有一定的安全裕度。     

GCr15钢超长寿命疲劳破坏的机理

通过对试样断口的观察、断裂力学分析以及FRASTA仿真的方法,研究了GCr15钢在旋转弯曲加载下超长寿命疲劳破坏的机理,阐述了其内部裂纹萌生和扩展的力学条件,建立了颗粒状白色区域(GBF)的形成机理模型.结果表明:GCr15钢的内部破坏是由材料内部的非金属夹杂物引起的,并且在夹杂物的周围伴有GBF的形成,整个内部裂纹具有典型的鱼眼形貌特征;内部起裂是超长寿命疲劳破坏的典型特征.GBF的应力强度因子幅值△KG瓯(4～6 MPa·m1/2)是控制内部裂纹扩展的临界参数,并且其形成过程占据了超长寿命疲劳过程的绝大部分.     

应力比和残余应力对Ti-6Al-4V高周疲劳断裂模式的影响

对钛合金Ti-6Al-4V进行室温空气环境下的高周疲劳试验,研究消应力和未消应力试样在多个应力比下的疲劳强度,分析和检测表面残余应力在不同应力比和载荷水平下随循环次数而松弛情况,探讨表面残余应力随循环次数而松弛的规律以及残余应力和应力比对Ti-6Al-4V疲劳强度影响的机理。结果表明,随着应力比的提高,残余压应力对Ti-6Al-4V疲劳强度的提升影响逐步减小并消失;与消除残余应力后疲劳破坏源于表面相比,表面残余压应力使得低应力比下疲劳源于内部;当应力比R=-1.0时,疲劳循环导致表面残余压应力松弛且保持稳定,其产生的表面裂纹闭合是疲劳强度提高的主要机制;当R=-0.6~0.1时,未见疲劳循环导致表面残余应力松弛,由于表面层的平均应力减小使得疲劳破坏主要为内部缺陷和局部应力集中控制。     

考虑平均剪应力效应的纯扭疲劳强度预测

针对高周疲劳损伤局部化,基于连续介质损伤力学,将临界域均布全寿命内禀损伤耗散作为等寿命条件,导出考虑平均剪应力效应的纯扭疲劳强度预测模型。新建预测模型揭示了纯扭疲劳强度与材料属性和平均剪应力的关联性,给出了该课题学术争议的合理解释。利用常见的三种不同金属材料的叠加平均剪应力纯扭疲劳实验数据,对比论证了新建预测模型与现有预测模型的差异。预测结果表明,新建预测模型预测精度明显优于现有模型。     

高强度钢瓶人工缺口疲劳试验的研究

对具有人工缺口的高强度钢瓶进行疲劳试验研究,试验结果表明,人工缺口在高强度钢瓶疲劳试验过程中,并不以整个缺口作为疲劳裂纹扩展,新的疲劳裂纹在人工缺口的夹杂处萌生和扩展,引起钢瓶失效。     

考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti疲劳寿命预测模型

为了考虑平均应力对循环载荷作用下结构振动疲劳寿命的影响,对Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型进行了平均应力修正。采用径向基函数法构造平均应力修正系数与随机应力带宽系数之间的近似模型,建立了考虑平均应力的Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型。利用所建立的模型对某简单梁进行了疲劳寿命估计。结果表明：考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti模型能得到与试验更一致的结果。     

核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的研究

提出核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的计算与评定方法。介绍核电汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的应力幅与应力范围、低周疲劳裂纹扩展寿命与高周疲劳扩展寿命的计算方法。给出了核电汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展日历寿命的计算与评定方法,以及1 000 MW级核电汽轮机焊接低压转子疲劳裂纹扩展日历寿命的计算与改进的应用实例。结果表明,高周疲劳对汽轮机转子疲劳裂纹扩展日历寿命有比较大的影响,新研制核电汽轮机的转子结构设计和在役核电汽轮机的转子安全性评定,需要评估转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展 寿命。     

LZ50钢车轴的旋转弯曲疲劳性能

在LZ50钢车轴上制取了光滑试样和环形缺口试样,按照AAR M-101-2009新标准测试了其旋转弯曲疲劳性能,并观察了断口形貌。结果表明:光滑试样的旋转弯曲疲劳裂纹萌生于试样表面,而环形缺口试样的裂纹萌生于缺口前缘,并呈多源开裂形式,两种试样均形成与轴向垂直的平断口;当车轴的拉伸强度提高5%后,其光滑试样旋转弯曲疲劳性能也得到明显提高,环形缺口试样虽中值疲劳强度比光滑试样的降低18%,但其旋转弯曲疲劳极限缺口敏感系数仍与国外碳素钢车轴保持在同一水平上。