加载条件下铁磁材料疲劳裂纹扩展自发射磁信号行为研究

研究了45CrNiMoVA铁磁钢中心裂纹试样加载条件下疲劳裂纹扩展过程中表面自发射磁信号的变化规律.结果表明:承受疲劳载荷前,各检测线呈现初始磁异变峰特征,切口中心检测线具有最大异变峰-峰值;加载后但疲劳裂纹萌生前,切口位覽磁性反转,显示一次异变峰特征,远离切口检测位置磁信号呈现线性;疲劳裂纹扩展过程中,各检测线依次呈...     

加载频率对中温环境下疲劳裂纹扩展的影响

由于材料或环境的因素,加载频率对疲劳裂纹扩展速率将产生很大的影响,以工业Ｔｉ为对象,研究了中等温度环境下疲劳裂纹扩展性能及加载频率的影响,并用弹、粘塑性理论对其进行了理论上的探讨,基于该理论导出的本构关系和利用有限元方法,对裂纹尖端的应力应变进行了分析,结果表明,粘塑性应变范围和Ｊ积分范围可作为裂纹扩展的控制参数,能很好地反映加载频率对裂纹扩展的影响。     

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.     

加载波形对X65钢腐蚀疲劳裂纹萌生及扩展的影响

采用疲劳实验研究了不同加载波形下X65钢在空气和海水中的疲劳行为。结合SEM结果,对疲劳断口和次生裂纹进行了观察。结果表明,在空气和海水中,正锯齿波加载下X65钢的疲劳寿命最大,三角波次之,正弦波最短。与在空气中相比,X65钢在海水中的疲劳寿命显著降低。正弦波与三角波加载时应力上升时间较短,有利于位错开动,加快裂纹萌生。其中正弦波在σ_max的保载时间最长,有利于位错滑移形成,疲劳裂纹扩展速度最快。在海水环境中,Cl^-促进了X65钢表面点蚀萌生,成为腐蚀疲劳裂纹源。当裂纹形成后,电解质进入裂纹间隙,在交变应力作用下裂纹反复张开与闭合,导致裂纹快速扩展。在海水中,当加载波形为正锯齿波时,X65钢的腐蚀疲劳裂纹的扩展机制为阳极溶解,而当加载波形为正弦波和三角波时,X65钢的腐蚀疲劳的扩展机制均为氢脆+阳极溶解混合机制,其中加载正弦波时腐蚀疲劳开裂敏感性最大。     

加载波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

对标准单边缺口三点弯曲试样分别施加三角波、正弦波、方波3种波形,得到了不同波形作用下的腐蚀疲劳裂纹扩展曲线,研究了在不同电位条件下加载波形对海水中D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/d N)的影响。结果表明:无阴极保护时,三角波和正弦波作用下试样的疲劳裂纹扩展速率相当,并小于方波作用下的疲劳裂纹扩展速率,且方波的加速作用体现在低应力强度因子幅度时;在阴极保护条件下,这种现象更为明显;而在阳极极化条件下,方波对试件的疲劳裂纹扩展的加速作用减弱。     

疲劳短裂纹扩展中的混沌现象

在低周疲劳的短裂纹扩展中 ,利用非线性动力学理论 ,分析 Hobson的短裂纹扩展公式 [1 ] ,发现在一定条件下会出现分岔、混沌现象。计算机模拟试验显示 ,在混沌区域内 ,即使初始裂纹尺寸相差很小 ,在经过若干次的应力循环后 ,两者之间会相差很大。如果假设裂纹是以单裂纹穿晶形式扩展 ,发现参数在许多取值区间会发生分岔、混沌现象。由此可知 ,短裂纹扩展的分岔和混沌 ,是导致疲劳试验结果分散性大的原因之一。     

轴向加载条件下中碳钢疲劳缺口系数的研究

研究了中碳钢在轴向超低周疲劳载荷下的疲劳缺口系数问题,借助平均应力模型、断裂力学模型、场强法模型并与实验结果进行对比,提出一个新的中碳钢疲劳缺口系数计算公式,即中碳钢在轴向疲劳加载条件下弹塑性疲劳缺口系数的计算公式.该公式与传统的疲劳缺口系数计算公式相比,具有简单、精确的特点,可供疲劳设计时使用.     

疲劳裂纹扩展行为的研究现状及钛合金的疲劳裂纹扩展特征

疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一。论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响。总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型,并讨论了"塑性钝化模型"和"裂纹闭合效应"与实际观察结果存在的矛盾。最后,对钛合金疲劳裂纹扩展研究的内容和研究结果进行了概述。     

FATIGUE CRACK PROPAGATION FOR BIAXIAL STRESS CYCLING

Based on the experimental study of complex biaxial mode Ⅰ fatigue crack growth and thediscussion on Von Mises'theory,a new approach is proposed for correlating crack propaga-tion rate under both in-phase and out-of-phase biaxial stress cycling.The results emphasizethe contribution of plasticity to fatigue crack growth.     

应力比和频率对GC－4钢CF裂纹扩展特性的影响

研究了五种应力比和四种频率对ＧＣ－４（４０ＣｒＭｎＳｉＭｏＶＡ）钢在３５％ＮａＣｌ中性溶溶液中腐蚀疲劳裂纹扩展（ＣＦＣＧ）特性的影响．结果表明，在高应力比时，ＣＦＣＧ的ｄα／ｄｔ－Ｋｍａｘ曲线存在两个平台区ＰⅠ和ＰⅡ，且（ｄａ／ｄｔ）ＰⅡ＜（ｄａ／ｄｔ）ＰⅠ．ＣＦＣＧ的ｄａ／ｄＮ－△Ｋ曲线的平台区起始值面△Ｋｐ随频率升高呈幂函数关系而降低．从表面电化学反应动力学、裂尖表面形变动力学以及裂尖材料内部氢的扩散动力学三个方面综合考虑，导出了△ＫＰ－ｆ的理论函数关系．该函数关系与ＣＦＣＧ试验数据所显示的函数关系十分一致．     

应力比和频率对GC-4钢CF裂纹扩展特性的影响

研究了五种应力比和四种频率对ＧＣ－４（４０ＣｒＭｎＳｉＭｏＶＡ）钢在３５％ＮａＣｌ中性溶溶液中腐蚀疲劳裂纹扩展（ＣＦＣＧ）特性的影响．结果表明,在高应力比时,ＣＦＣＧ的ｄα／ｄｔ－Ｋｍａｘ曲线存在两个平台区ＰⅠ和ＰⅡ,且（ｄａ／ｄｔ）ＰⅡ＜（ｄａ／ｄｔ）ＰⅠ．ＣＦＣＧ的ｄａ／ｄＮ－△Ｋ曲线的平台区起始值面△Ｋｐ随频率升高呈幂函数关系而降低．从表面电化学反应动力学、裂尖表面形变动力学以及裂尖材料内部氢的扩散动力学三个方面综合考虑,导出了△ＫＰ－ｆ的理论函数关系．该函数关系与ＣＦＣＧ试验数据所显示的函数关系十分一致．     

腐蚀疲劳裂纹扩展的机理

针对高强度低合金钢、钛合金和镁合金进行了腐蚀疲劳裂纹的扩展FCG、外加电压对于腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响以及断裂表面的研究。在外加电压对于腐蚀疲劳裂纹扩展速率影响的研究过程中,在一段时间内发生极化,可以根据此期间内的开路电压记录裂纹扩展速率,并测量极化情况下的裂纹增长速率。由于裂纹扩展测量技术的进步,测量的时间很少超过300s,这使观测非独立模式阴极极化对于腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响成为可能。当最大应力强度（Kmax）超过给定材料--溶液组合的特定临界特征值时,阴极极化会加速裂纹的扩展。当Kmax低于临界值,而所有其他条件（试件、溶液、pH值、载荷频率、应力比率、温度等）不变时,同样的阴极极化会妨碍裂纹扩展,或者对于裂纹扩展无影响。断口显微分析结果显示,阴极极化下加速裂纹的扩展是由于氢致腐蚀(HIC)。因此,根据氢致腐蚀机理以及KHIC和△ KHIC的显示,Kmax的临界值,以及应力范围（△ K）是由相应的腐蚀疲劳裂纹扩展的症状所确定的。当Kmax > KHIC（△ K > △ KHIC）时,腐蚀疲劳裂纹扩展的主要机理是HIC。对于大多数的材料--溶液组合的研究表明,当Kmax < KHIC（△ K < KHIC）时,应力协助扩散在腐蚀疲劳裂纹扩展中起决定性作用。     

FATIGUE CRACK PROPAGATION OF Ni-BASE SUPERALLOYS

Time-dependent Fatigue Crack Propagation (FCP) behaviors of five Ni-base superalloys were investigated at various temperatures under fatigue with various holding times and sustained loading conditions. The new concept of damage zone is defined and employed to evaluate the alloys‘ resistance to hold-time FCP. A special testing procedure is designed to get the maximum damage zone of the alloys. Udimet 720 and Waspaloy show shorter damage zones than alloys 706 and 718. The fractographieal analyses show that the fracture surfaces of the specimens under hold-time fatigue conditions are mixtures with intergranular and transgranular modes. As the extension of holding time per cycle, the portion of intergranular fracture increases, The effects of loading stress intensity, temperature, holding time, alloy chemisty, and alloy microstructure on damage zone and the crack growth behaviors are studied. Hold-time usually increases the alloy‘s FCP rate, but there are few exemptions. For instance, the steady, state hold-time FCP rate of Waspaloy at 760℃ is lower than that without hold-time. The beneficial effect of hold-time was attributed to the creep caused stress relaxation during the hold-time.     

残余压应力场中疲劳短裂纹扩展模型及实验

结合实验讨论了残余应力对裂纹扩展作用的模型及其存在的问题。指出用公式△Ｋｅｆｆ＝（Ｋｍａｘ＋λＫｒ）－Ｋｏｐ中较准确地计算出残余压应力场中裂纹的扩展速率。残余压应力既使裂纹闭合力提高，又使最大应力强度因子降低，两者均使裂纹扩展驱动力△Ｋｅｆｆ减少，因而降低了裂纹的扩展速率。     

腐蚀疲劳裂缝扩展的韧带模型

采用４３４０、１５和Ａ５０８三种结构钢,八种热处理状态;测定了它们在空气、海水和蒸馏水中的疲劳、应力腐蚀和腐蚀疲劳裂缝扩展速率,并进行了定量断口分析。在比较了叠加模型、竞争模型与实验结果的差异之后,提出了腐蚀疲劳裂缝扩展的韧带模型,拟出了该模型的计算程序。结果表明,尽管这个模型还比较粗糙,某些常数的决定还有点勉强,但由此估算的腐蚀疲劳扩展曲线,无论在形状和数值上,都与实验吻合;而它的简单方便,为工程应用提供了有利条件。     

管线钢疲劳裂纹扩展速率与疲劳寿命关系的研究

通过对管线钢表面缺陷的断裂力学分析,建立了用管线钢的疲劳裂纹扩展数据估算含初始缺陷的管道在运行条件下的疲劳寿命的数学计算方法．用该方法计算了6种管线钢在给定运行条件下的疲劳寿命,并进行了模拟实际条件的疲劳实验,表明管线钢疲劳寿命的计算值与实验值之间存在良好的线形关系,即在疲劳裂纹扩展实验结果的基础上,计算管线钢在实际运行条件下的疲劳寿命是可行的．同时讨论了管线钢的组织对其疲劳性能的影响．     

腐蚀疲劳裂纹扩展的断裂模型

将修正的疲劳裂纹扩展静态断裂模型和裂尖腐蚀溶解相结合,提出了腐蚀疲劳裂纹扩展(CFCP)的腐蚀-钝化-断裂模型.根据该模型和断裂力学原理,导出了CFCP速率的定量表达式,它揭示了CFCP速率与力学条件,裂尖表面腐蚀率、加载频率、假设的裂尖材料元临界断裂应力之间的定量关系,并能说明氢脆对CFCP率的影响规律。实验结果表明,应用所提出的模型可很好地描述铝合金在35％NaCI中CFCP的一般规律。     

疲劳裂纹扩展的非比例过载效应SCIEI

本工作研究了比例(Ⅰ型)过载及非比例(复合型)过载对常幅Ⅰ型疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:Ⅰ型过载所引起的裂纹滞后扩展效应远较复合型为强。因此,在估算疲劳寿命时将零、构件实际承受的过载(大都为非比例过载)简单地当作比例过载处理,可能会过高地估计寿命,带来不安全因素。文章从Ⅰ型及复合型过载所引起的裂纹钝化、裂端塑性区的形状、尺寸及裂纹闭合等方面讨论了它们对裂纹扩展滞后效应的影响。