预制止裂线对DT4C工业纯铁疲劳裂纹扩展行为的影响

借助ANSYS仿真结果,确定在疲劳裂纹扩展路径上预制"直线-圆"形止裂线的尺寸;在DT4C工业纯铁上加工出标准扩展紧凑拉伸试样,在距其U型切口根部不同距离(L_a分别为6.4,7.0,7.6mm)处预制止裂线,通过疲劳裂纹扩展试验及疲劳断口分析,研究了L_a对试样疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:当L_a为7.6mm时,止裂线的引入降低了裂纹尖端的应力,延长了试样的疲劳寿命;在裂纹尖端到达止裂线位置之前,当L_a为6.4mm时,止裂线的引入提高了裂纹扩展速率,而当L_a为7.6mm时则降低了试样的裂纹扩展速率;在裂纹尖端穿过止裂线位置之后,含止裂线试样的裂纹扩展速率均明显降低;不含止裂线和含止裂线试样的裂纹扩展区呈现疲劳辉纹特征,瞬断区呈现韧窝断裂特征。     

热处理工艺对GCr15钢疲劳裂纹萌生和扩展的影响

淬火、回火温度对GCr15钢疲劳行为的影响如下:经正常温度淬火后,疲劳裂纹萌生循环数Ni随硬度升高而增大;经高温淬火后,Ni显著降低,且随硬度升高而减小。疲劳裂纹扩展速率d_a/d_N随硬度升高而加快,随晶粒尺寸增大而加快。大晶粒高硬度的试样,裂纹主要沿原奥氏体晶界萌生及扩展;低硬度的试样裂纹均为穿晶扩展;随着硬度降低,疲劳断口的沿晶成分逐渐减少。附图10幅,表4个。     

40MnB钢回火马氏体疲劳裂纹的扩展

本文对40MnB、40Cr两种中碳钢低温回火马氏体的力学性能及疲劳裂纹扩展进行了对比研究。揭示了这两种钢在相近的高强度状态疲劳裂纹扩展行为及沿晶、穿晶断裂机制对裂纹扩展速度的影响。结果表明,微量合金元素硼改变了裂纹扩展途径和扩展方式,从而降低了疲劳裂纹扩展速率。40MnB钢较高的断裂韧性K_(IC)和断口显示的疲劳裂纹扩展机制,与硼所引起的组织精细结构的变化有密切关系。     

热处理参数对高碳钢疲劳裂纹扩展的影响

本文研究高碳铜(1.0%C的碳工钢,1.0%C、1.5%Cr轴承钢)经不同温度热处理后的疲劳裂纹扩展行为。实验结果表明:1.淬火温度、回火温度、疲劳裂纹扩展机制、二次碳化物的尺寸、试样的淬硬深度等因素均影响疲劳裂纹扩展速率。2.疲劳裂纹的亚临界扩展长度a_c,仅受回火温度的影响。其它因素对a_c值无可见的影响。3、高温淬火并低温回火后,疲劳裂纹沿原奥氏体晶界扩展。     

热处理参数对高碳钢低周疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了高碳钢（1.0%C碳工钢;1.0%C,1.5%Cr轴承钢）经不同热处理后的疲劳裂纹扩展行为。试验结果表明：1.淬火温度、回火温度、疲劳裂纹扩展机制、二次碳化物尺寸、试样的淬硬深度等因素,均影响疲劳裂纹扩展速率da/dN。2.疲劳裂纹的扩展临界长度a c,仅受回火温度的影响。其它因素对a c值无可见的影响。3.高温淬火并低温回火后,疲劳裂纹沿原奥氏体晶界扩展。     

18Cr2Ni4WA钢的组织与疲劳裂纹扩展特性

本文测试了18Cr2Ni4WA钢三种典型组织——粒状贝氏体,粒贝的高温回火组织和马氏体的高温回火组织的疲劳裂纹扩展速率(da/dN毫米/周次)及门槛值(△K_(th)公斤·力毫米~(3/2)),分析了断口形貌及裂纹扩展路径,研究了三种组织的疲劳裂纹扩展特性,着重讨论了不同结构、大小、数量和分布的弟二相对疲劳断裂行为的影响。结果表明:组织类型对da/dN有一定的影响,尤其是对疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)影响较大。粒贝具有较好的裂纹扩展抗力;粒贝的高温回火组织次之:马氏体的高温回火组织最差。粒贝中的(M-A)组织强烈阻碍裂纹扩展;马氏体高温回火组织中分布于晶内的细小碳化物阻碍裂纹扩展不明显,分布于晶界的片状碳化物促进沿晶断裂-——这是导致三种组织的疲劳裂纹扩展特性不同的重要原因。     

不同温度淬火对45钢疲劳裂纹扩展行为的影响

对不同温度(760,800,840℃)淬火+350℃回火处理的45钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验,得到了疲劳裂纹扩展速率曲线,研究了淬火温度对其疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:与840℃淬火(常规淬火)后的相比,760,800℃亚温淬火后试验钢组织中存在未溶铁素体,且800℃亚温淬火后的马氏体组织细小,韧性较好;试验钢的疲劳裂纹扩展速率曲线在裂纹稳定扩展阶段符合Paris公式,随着淬火温度的升高,裂纹扩展速率减小;疲劳断口分为裂纹低速扩展区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个区域,800℃亚温淬火后的低速扩展区相对平坦,稳定扩展区则比较粗糙,存在准解理形貌,瞬断区有明显的撕裂棱、剪切唇和韧窝形貌,高度差达到283.9μm左右,韧性断裂所占比例较大。     

显微组织对中碳钢疲劳裂纹扩展的影响

本文试验研究了45 Cr 钢淬水,200℃回火态和40 MnB 钢淬水,200℃、500℃回火态的疲劳裂纹在第一、第二扩展阶段的扩展。试验结果表明,当疲劳裂纹处于第一扩展阶段时,两种钢在200℃回火态的疲劳裂纹主要是穿晶扩展,它们的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)和门槛值(△K_(th))基本相同。当疲劳裂纹进入第二扩展阶段后,晶界状态对疲劳裂纹扩展的影响明显起来。硼具有韧化200℃回火态组织晶界的作用,致使40MnB 钢的疲劳裂纹不优先沿晶界扩展。而45Cr 钢,疲劳裂纹优先沿高畸变能的晶界扩展,疲劳裂纹沿晶扩展速率加快,所以得到40 MnB 钢的da/dN<45Cr 钢的da/dN 的结果。当40MnB 钢500℃回火态的疲劳裂纹处于第一、第二扩展阶段时,均是穿晶扩展,断口上有明显疲劳条纹,裂纹扩展途径弯曲度大,从而使其在两个扩展阶段的da/dN 均低于两种钢200℃回火态的da/dN,△K_(th)值高于两种钢200℃回火态的△K_(th)值。     

10CrNiMo结构钢悬臂弯曲加载低周疲劳表面裂纹的扩展特性

通过COD位移规控制悬臂弯曲加载试样表面裂纹前缘的应变,采用逐级递增应变的试验方法,研究了10CrNiMo结构钢的低周疲劳表面裂纹的扩展特性,并用扫描电镜对断口形貌进行了观察。结果表明:表面裂纹扩展速率与裂纹前缘总应变范围之间满足良好的幂律关系;裂纹源附近出现轮胎花样,裂纹扩展初期挤压严重,扩展中期发现较多的二次裂纹,扩展后期疲劳辉纹清晰可见,最后断裂区具有典型的韧窝;裂纹按照锐化-钝化机制扩展,最后断裂模式为韧性断裂。     

两种加载方式下疲劳裂纹的扩展

本文测量了在旋转弯曲加载和三点弯曲加载下,45Cr钢试样经淬火后,在200℃、400℃、500℃、600℃回火条件下的疲劳裂纹扩展速率,并用不着定量金相法,电镜观察法研究了上述两种加载方式下,疲劳裂纹扩展的微观机制。试验结果表明,在旋转弯曲加载下,500℃回火态的疲劳裂纹扩展速率比其它三个温度回火态的要低;而在三点弯曲加载下,随着回火温度的提高,裂纹扩展速率单调下降;裂纹扩展速率随回火温度变化规律与扩展机制随回火态的要低;而在三点弯曲加载下,随着回火温度的提高,裂纹扩展速率单调下降;裂纹扩展速率随回火温度变化规律与扩展机制随回火温度变化规律有密切的关系。结果表明,应该注意到加载方式对疲劳裂纹扩展的影响。     

氢气含量与加载频率对X80钢管接头疲劳裂纹扩展速率的影响

在氮气,体积分数均为2%的H₂+CO₂以及体积分数分别为5%,2%的H₂+CO₂环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率(0.1,1.0,10.0 Hz)的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明：当加载频率为1.0 Hz时,氢气含量越高,接头母材、热影响区和焊缝裂纹扩展速率越大,且焊缝中的裂纹扩展速率增大程度最大;含氢环境中焊缝的疲劳裂纹扩展速率小于母材和热影响区;当氢气体积分数为5%时,母材和热影响区均发生韧性断裂,但疲劳断口上存在微小的二次裂纹和少量平台状结构等脆性断裂特征,焊缝疲劳断口出现长度近80μm的二次裂纹,但断口形貌仍主要呈韧性断裂特征;氢气体积分数为5%时,随着加载频率增加,母材的疲劳裂纹扩展速率先增大后减小,加载频率为1.0 Hz时的疲劳裂纹扩展速率最大。     

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.     

低碳马氏体钢与中碳结构钢的低温多冲弯曲抗力

本文研究了低碳马氏体钢及中碳结构钢在低温下的多次冲击弯曲抗力、疲劳裂纹扩展速度、极限裂纹深度。试验结果表明,低碳马氏体钢,经淬火、低温回火后的缺口试样,比经正火后的结构钢,具有较高的多冲弯曲抗力,较低的疲劳裂纹扩展速度。为此,经正火后的结构钢,不宜制作低温下使用的冲击零件。     

CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中油管钢腐蚀疲劳裂纹扩展性能研究

油管服役环境中常存在Cl~-、CO_2等腐蚀性介质,它们会导致油管壁面产生点蚀坑。这些点蚀坑成为受交变载荷油管发生疲劳损伤的疲劳源。以现场用油管钢13Cr为研究对象,选取CO_2-Cl~-腐蚀介质为环境工况,在标准CT试样上进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验。分别测量大气环境下、含有Cl~-溶液中及含有CO_2-Cl~-共存环境下的油管钢13Cr的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。对比分析这三种腐蚀工况下油管钢13Cr疲劳裂纹扩展速率的变化规律。结合断口形貌分析,探索CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中,油管钢13Cr的腐蚀疲劳失效机理。     

双相10钢拉伸变形及断裂过程研究

本文通过不同温度亚温淬火及回火,在10铁中得到具有不同体积百分比及不同强度比的铁素体－马氏体双相组织,并研究了这些组织对钢强度、塑性及拉伸时两相变形行为和断裂过程的影响。结果表明,拉伸时马氏体的变形小于双相组织的平均变形,其差值不仅与马氏体的强度有关,同时还受到马氏体区几何形状的影响。低温回火的试样断裂前的微孔及裂纹只产生于铁素体晶粒内部,断口为韧窝＋准解理的混合型;高温回火后,微孔及裂纹的产生部位不再有明显的选择性,裂纹常常穿越马氏体区扩展,断口全部为韧窝状。     

03Cr16Mn14Mo2N奥氏体不锈钢的热疲劳行为

对新型高氮低镍03Cr16Mn14Mo2N奥氏体不锈钢进行了不同上限温度下的热疲劳试验,通过光学显微镜观察了热疲劳裂纹的萌生及扩展,研究了其热疲劳行为。结果表明:热疲劳裂纹的孕育期随上限温度的升高而缩短,其扩展速率随着循环次数的增加呈先增大后减小的变化趋势;随着上限温度的升高,试验钢V型缺口处的裂纹扩展至0.5mm时所需的热疲劳循环次数显著降低;热疲劳裂纹在V型缺口处优先萌生,随着热循环次数的增加,晶界和孪晶界也成为裂纹源,裂纹主要沿晶界扩展。     

30Cr2Ni4MoV转子钢II型裂纹的疲劳扩展行为

材料疲劳裂纹扩展(Fatigue crack propagation,FCP)速率是表征材料抗疲劳破坏的重要力学性能指标,是对核反应堆工程、化工、航空、航天、高铁等关键工程进行结构完整性评价的重要依据。采用Arcan试样对30Cr2Ni4MoV转子钢的II型裂纹疲劳扩展行为进行研究,结合已有裂纹扩展方向预测准则对II型裂纹疲劳扩展方向进行预测,结果表明,最大周向应力准则可以较好地预测II型裂纹疲劳扩展方向。采用紧凑拉伸(Compact tension,CT)试样获取30Cr2Ni4MoV转子钢的I型裂纹疲劳扩展速率,对比I型裂纹和II型裂纹的疲劳扩展试验获得的FCP速率与J积分范围关系趋势,二者较为接近。针对30Cr2Ni4MoV转子钢,依据Arcan试样获得的II型裂纹疲劳扩展速率试验结果可用于结构裂纹扩展剩余寿命的预测。     

带有微动磨损缺口钢丝的疲劳特性

在自制的微动磨损试验机上进行钢丝的微动磨损试验,将微动磨损后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行不同应力比和不同应力幅下的疲劳试验。结果表明,钢丝的微动磨损深度随微动时间和接触载荷的增加而增加,磨损缺口处的应力集中使其成为了裂纹萌生源,也使钢丝试样的疲劳寿命大大降低,微动磨损后钢丝试样的疲劳寿命和磨损深度呈反比关系。通过钢丝疲劳断口的SEM形貌分析了其疲劳断裂机制,断口对应不同的疲劳阶段,可分为裂纹萌生区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区。     

S135钻杆钢的单轴疲劳性能对比

通过疲劳试验测定了S135钻杆钢在单轴对称拉-压和扭-转加载条件下的疲劳寿命,应用回归分析方法得到了单轴疲劳寿命的定量公式,并对疲劳断裂的机制进行了分析。结果表明:在双对数坐标中,疲劳寿命与有效应力幅呈良好的直线关系;扭-转疲劳极限与拉压疲劳极限之比为0.682;拉-压加载和扭-转加载下的裂纹均萌生于试样表面;拉-压疲劳试样的裂纹扩展以疲劳条带为主要特征;扭-转疲劳试样的裂纹扩展以剪切型涟波花样为主要特征。     

高强度低碳马氏体型钢的组织结构与疲劳性能的关系

本文对高强度低碳马氏体型钢的组织结构和疲劳性能间的关系进行了系统的研究。试验表明,在低温回火状态下,典型钢种25Si2Mn2CrNiMoV具有优良的疲劳强度和疲劳裂纹扩展抗力。试验钢中板条马氏中的位错亚结构,弥散分布的e碳化物以及良好的微观塑性延长了疲劳裂纹的萌生期。马氏体板条束,马氏体板条晶间的位向差以及马氏板条间的残余奥氏体薄膜则是控制疲劳裂纹扩展速率的组织结构因素。文中对在回火马氏体脆性区造成疲劳性能恶化的原因也进行了分析讨论。