不锈钢管道焊缝金属疲劳短裂纹行为的实验研究Ⅰ.材料微观结构和？…

用金相、复型技术和硬度实验测试了１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢焊缝金属试样表面的微观结构组成。结果表明：奥氏体基体与富δ铁素体－带状结构组成的柱状晶是焊缝材料的微观结构特征,相邻富δ铁素体带间距离（约４０μｍ）是这一结构的特征参量。试样表面的微观结构依相对焊缝柱状晶取向的不同而不同。考虑疲劳损伤的局部性和区别试样表面不同尺度、位置微裂纹对疲劳损伤贡献的差异,提出了以“有效短裂纹准则”为核心的疲劳短裂纹     

不锈钢管道焊缝金属疲劳短裂纹行为的实验研究Ⅱ.裂纹萌生,扩展与 …

基于“有效短裂纹准则”,用复型研究了１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢管道焊缝金属光滑试样表面的短裂纹萌生、扩展与交互作用行为。结果表明：有效短裂纹（ＥＳＦＣｓ）萌生于δ铁素体与奥氏体基体的交界处。ＥＳＦＣｓ扩展具有明显微观结构短裂纹（ＭＳＣ）和物理短裂纹（ＰＳＣ）两阶段特征。主导有效短裂纹（ＤＥＳＦＣ）行为是ＥＳＦＣｓ交互作用的结果,适于表征短裂纹行为。ＤＥＳＦＣ扩展率的分散性与ＥＳＦＣｓ密度的分散性有     

不锈钢管道焊缝金属疲劳短裂纹行为的实验研究Ⅱ.裂纹萌生、扩展与交互作用

基于"有效短裂纹准则",用复型研究了1Crl8Ni9Ti不锈钢管道焊缝金属光滑试样表面的短裂纹萌生、扩展与交互作用行为.结果表明:有效短裂纹(ESFCs)萌生于δ铁素体与奥氏体基体的交界处.ESFCs扩展具有明显微观结构短裂纹(MSC)和物理短裂纹(PSC)两阶段特征.主导有效短裂纹(DESFC)行为是ESFCs交互作用的结果,适于表征短裂纹行为.DESFC扩展率的分散性与ESFCs密度的分散性有关,说明DESFC裂尖前沿扩展条件的差异及其演化是DESFC随机扩展行为的本质原因.这一差异也是材料疲劳寿命和循环应力-应变响应存在分散性的本质原因.     

钛合金焊缝表面疲劳短裂纹的扩展行为

对TC2钛合金焊缝金属疲劳表面短裂纹扩展行为进行了实验研究,表明裂纹的扩展过程是多裂纹系统的演化过程.基于实验结果,考虑到短裂纹扩展过程中的合并、干涉作用等因素,用应力松弛区模糊化的方法,建立了仿真模型,对疲劳短裂纹演化的物理过程进行了数值模拟.将短裂纹演化行为模拟结果与短裂纹扩展复型的实验结果比较,可以看出两者吻合较好,表明所建立的准则合理、实用.     

不锈钢管道对接焊缝焊接热裂纹超声波检测技术

由于安装制造工艺的原因,核电站辅助系统奥氏体不锈钢对接焊缝极易产生焊接热裂纹,此类热裂纹具有长度短、高度小、多集中于焊缝表面和近表面区域等特征,同时又由于奥氏体材料自身的影响,依据标准采用的体积性检测方法不能获得较好的检测效果。笔者针对特定对象,介绍了核辅助系统奥氏体不锈钢对接焊缝焊接热裂纹超声波检测技术及验证结果,为此类焊接热裂纹检测技术提供了参考。     

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。     

一种等应力试样中的疲劳短裂纹行为SCIEI

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。     

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.     

考虑焊缝和母材不同材料特性的焊接平板疲劳裂纹扩展行为模拟

为准确描述焊接结构的疲劳裂纹扩展行为，基于Abaqus、Zencrack及相应子程序建立了考虑材料不连续的疲劳裂纹扩展模拟方法.对于初始埋藏裂纹位于焊缝区的平板焊接结构，考虑焊缝和母材不同强度匹配，进行疲劳裂纹扩展模拟，研究了不同强度匹配对焊接结构疲劳裂纹扩展寿命和扩展特性的影响.研究结果表明，当裂纹前缘由焊缝跨越至母材区域时，焊缝和母材区域的应力强度因子计算结果出现明显变化，并随着裂纹尺寸的逐渐加大，两者差异越大.随着焊缝材料裂纹扩展参数逐渐增大，母材区域的裂纹扩展相对速率逐渐变慢，裂纹形状逐渐由圆形向扁平状椭圆形过渡；相反地，母材区域的裂纹扩展相对速率逐渐变快，裂纹形状逐渐由圆形向椭圆形过渡.文中的模拟方法有望为准确预测焊接结构的跨材料裂纹扩展行为提供有效途径.     

方波加载对20CrMo钢焊缝疲劳裂纹扩展的影响

利用拉-拉疲劳法和金属磁记忆检测法研究了20CrMo钢焊缝在方波加载方式下疲劳裂纹扩展与自发射磁信号的相关性,用扫描电镜对疲劳断口特征进行了研究.结果表明,裂纹到达焊缝中心前,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号也随着增加,疲劳裂纹扩展速率先增加后减小,当裂纹越过焊缝后,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号开始减小,疲劳裂纹的扩展速率却迅速增加.在焊接接头的不同区域,疲劳裂纹扩展速率也不相同,其中热影响区扩展速度较快,而在其它区域扩展速率相对较慢.断口扫描分析表明方波加载方式下的疲劳断口为类解理断裂.     

核电结构材料腐蚀疲劳裂纹扩展行为研究现状与进展

综述了核电结构材料腐蚀疲劳裂纹扩展的研究现状及环境、力学、材料等因素的影响规律,讨论了高温高压水环境中考虑环境效应的疲劳裂纹扩展模型,提出了当前核电结构材料高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展机制及模型研究面临的主要问题及未来可能的研究方向。     

表面滚压对LZ50车轴钢疲劳短裂纹行为的影响

完成了6根表面经滚压处理的漏斗形圆棒试样疲劳短裂纹复型实验,结果表明其短裂纹行为表现出明显的微观结构短裂纹(MSC)和物理短裂纹(PSC)2阶段特征.在MSC阶段,由于不同微观结构障碍的阻碍,主导短裂纹出现2次较明显的扩展减速,进入PSC阶段后,随着主导短裂纹尺度的增长,该现象不再显著.与表面未经滚压的试样相比,在给定主导短裂纹尺度条件下,滚压试样的裂纹扩展速率低得多,这种差异在MSC阶段可达1个数量级.滚压试样平均疲劳寿命达到未滚压试样的6.4倍.表面滚压处理有效抑制了微裂纹的形核与合并,改善了局部微观结构条件,并推迟了MSC与PSC过渡阶段的到来,提高了材料的抗疲劳性能.对主导短裂纹尺度、疲劳寿命分数和有效短裂纹密度3种特征参量进行分析,确定了其良好假设分布和统计演化规律.     

不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响分析

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明：母材的疲劳寿命比焊接接头的高;在室温腐蚀试验下,循环次数越大焊接接头最大应力荷载下降越明显,腐蚀时间越长,对疲劳性能影响越大;室温疲劳试验中,同等循环次数下,光纤激光熔透焊接头疲劳强度随厚度增大而提高;在瞬断区显微组织对疲劳裂纹扩展断口形貌没有太大影响,母材比焊接接头在疲劳裂纹扩展时更容易出现疲劳条带;焊缝数量可提高焊接接头疲劳性能,在焊缝数量一样时,增加2倍焊缝长度,能够提高疲劳极限,但提升幅度不大;焊缝硬度高于母材的;焊接试样的拉伸测试指标均低于母材的拉伸测试指标。     

焊缝金属中疲劳位错结构形成过程的研究

研究的是在循环拉伸载荷的作用下，16Mn钢焊缝中疲劳位错结构的形态及形成过程。通过透射电子显微镜对疲劳试验后的试样进行观察及仔细分析，发现在铁素体的晶粒内，随循环次数的增加，疲劳位错的结构在不断地发生变化，其表现出的形态有位错缠结、位错条带、“胞块”状的位错结构、位错胞及亚晶。     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

中碳贝氏体支承辊钢低应力牵引滚动接触下的疲劳短裂纹行为

研究了中碳贝氏体支承辊钢在低应力、水润滑和牵引滚动条件下的接触疲劳裂纹萌生与扩展特征,发现了表面起源的垂直短裂纹和棘齿短裂纹．疲劳10^4cyc时,垂直短裂纹就在接触表面大量出现,且在萌生后立即进行高速初始扩展,其后绝大多数停止长大;棘齿短裂纹出现较晚．两种短裂纹长大到一定深度时均停止扩展．在疲劳失效寿命的70％-80％时,垂直短裂纹恢复扩展,并随即加速长大．几乎同时,两种短裂纹在亚表层以转折的方式重新扩展．在表面损伤出现之前,两种短裂纹的萌生和扩展行为始终局限在近表面薄层内．     

超声滚压对LZ50钢疲劳性能及短裂纹行为的影响EI北大核心CSCD

针对超声滚压(USRP)对材料短裂纹行为影响规律不明的问题,对LZ50钢开展USRP试验,对比分析USRP对材料表面形貌、表层显微组织、表层显微硬度、残余应力分布和疲劳寿命的影响,并在340MPa应力水平下开展旋转弯曲复型试验,研究USRP对疲劳短裂纹萌生和扩展的影响。结果表明:USRP能使材料表面发生塑性变形,有效改善材料表面状态,降低表面粗糙度;处理后的LZ50钢表层铁素体、珠光体组织显微硬度平均值分别从200 HV和240 HV提升至304 HV和357 HV,表层残余压应力从-103 MPa提升至-720 MPa,且表层显微硬度和残余压应力沿深度方向呈梯度分布,影响层深约为300μm。在340MPa应力水平下,USRP试样平均疲劳寿命提升385.54%,疲劳短裂纹突破晶界障碍、珠光体带状组织,出现第一、第二次显著降速时的平均寿命分数f分别从0.068和0.469延后至0.172和0.604,短裂纹的萌生和扩展得到明显抑制与延缓。研究结果有助于明确USRP在抑制材料疲劳裂纹萌生与扩展上发挥的积极作用,可为工程材料表面强化工艺的选择提供参考。     

Cu双晶的循环形变行为与疲劳裂纹萌生：Ⅰ.循环形变行为和滑移形貌

在切应变幅γpl≈1066×10-4至9．1×10-3s范围内，研究了四种Cu双晶的循环形变行为,实验结果表明，对于含两单滑移取向组元晶体的三种子行晶界双晶，其循环形变行为表现出和单滑移取向Cu单晶类似的特征，循环应力一应变（CSS）曲线上存在一平台区，但平台应力都高于单滑移取向Cu单晶的典型值（28MPa），且各有所差别对于含一单滑移和一双滑移组元晶体的垂直晶界双晶，CSS曲线上没有明显的平台，并且发现曲线与Cu多晶的CSS曲线非常类似表面形貌观察表明，上述循环形变行为与由于晶界约束而导致的双滑移或多沿移现象以及开动沿移系的位错反应强度密切相关     

2050铝合金的疲劳裂纹扩展行为研究

研究取样方向、应力比以及微观组织对2050铝合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:取样方向和应力比对疲劳裂纹扩展速率在近门槛区和快速扩展区的影响显著,而在稳态扩展区的影响则相对较小;L-T取样方向的速率最低,T-L取样方向的速率次之,S-L取样方向的速率最高,这主要与合金的晶粒取向、织构取向和第二相粒子取向有关;应力比为0.5的裂纹扩展速率高于应力比为0.1的速率,这在近门槛区主要与裂纹闭合效应有关,在快速扩展区主要受最大应力场强度因子Kmax的影响。