NiCrMoV型转子钢焊接接头组织与高周疲劳性能研究

采用应力比R=-1的拉压高周疲劳实验,研究了汽轮机焊接模拟转子试样的高周疲劳裂纹的萌生与扩展过程,并通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）观察与分析了疲劳断口的形貌特征和微区成分。结果表明:疲劳裂纹常在夹杂物和气孔等缺陷处萌生,进而以此为裂纹源,逐渐发生扩展,直至材料最终断裂失效。对于30Cr2Ni4MoV转子钢,夹杂物性质主要为氧化物（如CaO、SiO₂、Al₂O₃和MgO等）,因此应严格控制钢中O、Al、Si、Mg、Ca等元素的含量。     

高温条件下NiCrMoV转子钢焊接接头的高周疲劳性能研究

通过应力比R=-1的拉压高周疲劳实验,研究了在370℃条件下汽轮机转子模拟件焊接接头的高周疲劳裂纹的萌生和扩展过程.通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析了疲劳断口的形貌特征和微区成分.研究结果表明:对于30Cr2Ni4MoV转子钢焊接接头而言,夹杂物主要成分为氧化物(Al2O3、CaO、MgO和SiO2等),疲劳裂纹往往萌生于夹杂物和气孔等内部缺陷.采用有效投影面积模型计算出母材和焊缝区域组织对应的临界缺陷尺寸,建立了夹杂物尺寸和疲劳裂纹萌生区域之间的关系.基于该研究结果,采取适当措施减少其内部的缺陷尺寸,并优化其形态和分布,以提高转子钢材料的抗疲劳性能.     

疲劳损伤对核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性的影响

采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了不同程度疲劳损伤对核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性的影响,利用扫描电子显微镜等观察手段讨论了疲劳损伤对汽轮机焊接接头应力腐蚀开裂敏感性和二次裂纹的作用机理. 结果表明,疲劳损伤增强了核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性. 此外,疲劳损伤的作用使空气中试样的塑性提高而在腐蚀溶液中塑性降低,也影响了试样内部二次裂纹的产生和扩展.     

9Cr与CrMoV异种焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值研究

裂纹扩展抗力是材料的内在属性,Paris的重要贡献是将ΔK引入疲劳裂纹扩展的研究,表明疲劳裂纹扩散的控制参数是应力强度因子ΔK。本试验异种焊接接头采用钨极氩弧焊(TIG)进行打底焊接,而后采用埋弧自动焊进行多层多道焊接,焊后进行相应的回火处理,之后随炉自然冷却。实验材料为9Cr钢母材、Cr Mo V母材和两侧的热影响区及焊缝区。按照降K法进行测试,应力比分别设定为0.5、0.7、0.9,在近门槛值区域进行多次测量,通过线性回归法拟合出直线方程,由此计算出疲劳扩展门槛值,可反映该焊接条件下9Cr与Cr Mo V异种材料接头的疲劳裂纹扩展行为。     

690 MPa级齿条钢板高周疲劳行为研究

由于加工过程中热输入历史的影响,在切割及焊接过程中会形成热影响区。热影响区和基体组织性能的差异导致海洋平台用特厚齿条钢板在长期服役过程中的疲劳寿命和疲劳极限不同。为探究热输入历史对材料基础疲劳性能的影响,研究了690 MPa海洋平台用齿条钢板火焰切割和焊接热影响区的高周疲劳行为,并与基体疲劳性能进行了对比。结果表明,切割热影响区和基体的疲劳强度分别为520 MPa和560 MPa,焊接热影响区和基体的疲劳强度分别为640 MPa和660 MPa。切割区基体和焊接区基体的平均有效晶粒尺寸分别为6.9 μm和5.6 μm,晶粒细化提高疲劳强度。由于热输入的影响导致组织不均匀,热影响区晶粒粗化,晶粒尺寸增加,在疲劳载荷作用下,晶界处应力集中增大,易在晶界处萌生裂纹源,使得试样在相同应力水平下,疲劳寿命和疲劳极限降低。     

应力比R对09CuPCrNi钢焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th)的影响

本文根据国标GB6398-86,采用降K法分别求出在不同应力比R条件下,09CuPCrNi钢母材、焊缝和热响区(HAZ)的疲劳裂纹扩展门槛值△K_(?)的表达式,发现当应力比R达到某一值R_(?)之前,母材、焊缝和热影响区的门槛值△K_(?)随着应力比R的增大而减小;当R超过R_(?)之后,其门槛值均匀保持不变,同时还重点叙述了裂纹闭合应力强度因子K_(?)的计算方法,证实焊接接头的闭合效应高于母材金属,并对上述规律做了分析和解释.     

哈氏合金薄板激光填丝焊接接头高周疲劳性能

为了评价激光薄板填丝焊接接头的高周疲劳性能,利用升降试验法评价了指定2×10~6周次寿命的0.7 mm厚激光填丝焊接接头样件高周疲劳强度,借助扫描电子显微镜分析了断口及断裂位置。结果显示,激光填丝焊接接头的高周疲劳强度为396.6 MPa,断口形貌显示近无夹杂物,裂纹源区呈解理特征,裂纹主要为沿晶扩展,在裂纹扩展区呈现典型的疲劳条纹特征,且条纹间距随裂纹扩展长度的延长而加宽,瞬断区主要呈现与拉伸断口一致的韧窝形貌。观察断口截貌可知,裂纹主要在焊缝上表面焊趾附近萌生,并沿板厚方向扩展,在沿焊接方向扩展过程中会跨越熔合线,在焊缝区内和相邻母材区内扩展。     

X80管线钢焊接热模拟热影响区疲劳裂纹扩展行为的分析及预测

通过焊接热模拟方法对X80双相管线钢不同焊接热影响区疲劳裂纹扩展行为进行了研究,并分析实际焊接试样与焊接热模拟试样的热影响区疲劳裂纹扩展行为的差异,讨论了焊接热模拟技术应用于疲劳裂纹扩展寿命预测的可行性。结果表明,当裂纹在粗晶热影响区(CGHAZ)和临界热影响区(ICHAZ)上扩展时,由实际焊接试样与焊接热模拟试样热影响区所测得的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-DK曲线)存在明显差异,其原因与显微组织变化引起的裂纹扩展阻力大小不同有关。因此,建议采用实际焊接试样完整的热影响区所测得的da/dN-DK曲线来评估疲劳裂纹扩展寿命。     

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.     

气孔对铝合金焊接接头超长疲劳寿命的影响

采用超声疲劳试验方法对铝合金5052-H32焊接接头进行疲劳试验,研究其在超长寿命区间(107~109周次)的疲劳强度及失效机理.结果表明,相同疲劳寿命下焊接接头疲劳强度较母材下降了73.3%,在超高周疲劳区间仍然会发生疲劳破坏;断口观察发现焊接缺陷(气孔)是诱发疲劳裂纹萌生的主要原因.为揭示焊接缺陷对焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响,采用有限元技术分析了气孔对应力集中系数和裂纹尖端应力强度因子的影响.最后讨论了焊接缺陷对疲劳寿命的影响机制及裂纹扩展特性.     

Effects of recrystallization on the low cycle fatigue behavior of directionally solidified superalloy DZ40M

The effects of recrystallization on low cycle fatigue behavior were investigated on directionally solidified Co-base superalloy DZAOM.Optical microscopy and SEM were used to examine the mierostructure and fracture surface of the specimens.The mechanical testing results demonstrated that the low cycle fatigue property of DZ40M significantly decreased with the partial reerystallization.Fatigue cracks initiate near the carbides and the grain boundaries with slip-bands.Both the fatigue crack initiation and propagation can be accelerated with the occurrences of recrystallized grain boundaries.     

基于连续损伤力学的高低周复合疲劳损伤

基于连续损伤力学(CDM)的经典损伤理论和不可逆热力学原理,分别对高周和低周疲劳载荷下的损伤演化模型进行了研究,进而推导出一个新的高低周复合疲劳损伤模型;将该模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中,实现了对缺口材料高低周复合疲劳损伤的模拟及裂纹萌生位置和萌生寿命的预测;同时研究了不同的高低周循环比对裂纹萌生寿命的影响.结果表明,裂纹容易在缺口根部应力集中处萌生;该模型考虑了高低周循环的交互作用,模拟计算结果更符合实际情况;同时通过研究发现高的循环比会使裂纹的萌生加速.     

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.     

硫对超高强度钢300M高周疲劳性能的影响

对高硫和低硫300M钢的显微组织和力学性能进行了系统研究,重点分析了硫含量对300M钢中夹杂物特征及高周疲劳寿命的影响机理。研究发现,硫含量的增加会大大降低300M钢的高周疲劳寿命。硫含量的增加会提高MnS夹杂物的析出温度及析出数量,提高试样次表层出现大尺寸MnS夹杂物的概率,大大降低高周疲劳裂纹萌生的难度,进而降低300M钢的高周疲劳寿命。     

A7N01铝合金焊接接头的疲劳特性及寿命预测(英文)

研究A7N01铝合金焊接接头的疲劳特性,提出基于疲劳裂纹萌生寿命的寿命预测模型。母材、热影响区和焊缝三个区域内的疲劳裂纹萌生寿命差异较小。在这三个区域内,疲劳裂纹萌生寿命与疲劳总寿命之比是一个依赖于材料的参数,对于母材、热影响区和焊缝分别为26.32%、40.21%和60.67%。提出的疲劳寿命预测模型与实验结果和Basquin’s模型预测结果吻合良好。利用扫描电子显微镜(SEM)对疲劳断口进行观察,发现焊缝区域的裂纹萌生于焊接过程中产生的光滑表面。热影响区内疲劳裂纹萌生于熔合区气孔。母材中破碎的第二相是引起疲劳裂纹的主要原因。     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接接头组织及性能

文中对比研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接头和母材的高周疲劳性能,发现接头的高周疲劳性能与母材非常接近。在文中试验条件下,电子束焊接头在循环周次为2×10⁶时的高周疲劳强度为474 MPa,达到母材的94.2%。观察电子束焊接头和母材的高周疲劳断口形貌,发现接头和母材的疲劳源均位于试样表面。疲劳裂纹扩展区都发现疲劳辉纹,相同载荷条件下,母材高周疲劳断口中辉纹的间距较小,约为1.49 μm,电子束焊接头的相邻辉纹间距为2.14 μm。在接头和母材的疲劳瞬断裂区还发现大量韧窝,呈现出典型的韧性断裂特征。文中还对比了母材、热影响区和焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,发现热影响区的抗疲劳裂纹扩展性能最弱。分析认为,热影响区的高硬度是导致其抗疲劳裂纹扩展性能弱于其他区域的重要原因。

     

加载频率及焊接缺陷对5A06铝合金TIG焊接头超高周疲劳性能的影响

采用自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统及常规疲劳试验系统对5A06铝合金TIG焊接头的疲劳性能进行研究. 通过扫描电子显微镜对超声疲劳断口形貌进行观察. 结果表明,加载频率对5A06铝合金TIG焊接头的疲劳性能影响不大,超声疲劳试验结果可以用于表征其机械结构长期使用的安全性. 当焊接接头中气孔作为裂纹源时,不考虑气孔尺寸,气孔中心距表面的距离越近,疲劳寿命越低. 焊接过程导致的焊缝内的夹杂类型为氧化物,其密度较大,对疲劳性能产生影响.