超细晶工业纯钛在3.5%NaCl溶液中的高周疲劳

采用Instron-8801型电液伺服疲劳实验机对复合细化工艺制备的超细晶工业纯钛进行高周腐蚀疲劳实验,实验条件为水浴恒温(17.9±0.5)℃,3.5%NaCl(pH=8.1±0.2),加载频率(f)=25 Hz、应力比(R)=-1。利用得到的实验数据拟合实验加载应力幅(σ_a)与疲劳断裂循环周次(N_f)间的关系,绘制应力-寿命曲线(S-N曲线)。研究材料的腐蚀疲劳性能,并对腐蚀疲劳宏观断口形貌进行观察分析。结果表明：在3.5%NaCl溶液中,超细晶工业纯钛的腐蚀疲劳极限值(σ_-1)为403.1 MPa(44.35%)。与常规疲劳相似,随着加载应力的增加,材料的疲劳断裂循环周次急剧减小,并与常规超细晶工业纯钛和粗晶工业纯钛相比较,发现细晶强化极大地提高了材料的疲劳极限。腐蚀疲劳裂纹源萌生于材料表面,可以直观地观察到材料腐蚀疲劳裂纹的萌生、扩展、断裂典型区域的特征。断口表面较为平整光滑,观察发现有大量的疲劳辉纹和少量的二次裂纹。材料具有较强的疲劳裂纹扩展抵抗能力,耐腐蚀疲劳性能优良。     

等静压铍材高周疲劳寿命研究

采用拉-拉加载方式对等静压铍材进行高周疲劳试验,根据试验数据绘制了S-N曲线,获得其疲劳极限,并运用扫描电镜观察疲劳断口形貌。结果表明,等静压铍材在指定疲劳寿命10~7次下的疲劳极限为385 MPa;疲劳裂纹萌生于铍材试样边缘处,裂纹穿过晶界与相邻晶粒内的微裂纹连接合并长大;铍材试样发生瞬时解理断裂,形成主要由疲劳源和放射区构成的断口形貌;疲劳源尺寸随最大循环应力的减小而增大。     

高钴钼不锈轴承钢疲劳裂纹萌生及扩展行为

采用高钴钼不锈轴承钢光滑圆柱形试样和缺口试样(理论应力集中系数K_t=3)进行旋转弯曲疲劳测试,研究了高合金轴承钢的裂纹萌生及裂纹扩展行为。用升降法和成组法分别测得轴承钢的疲劳极限和S-N曲线,利用扫描电镜对轴承钢旋转弯曲疲劳试样断口进行观察。结果表明,光滑试样起裂类型为单源萌生起裂,起裂源为表面缺陷和次表面夹杂物,表面缺陷为表面粗糙度、驻留滑移带和加工凹痕,次表面夹杂物为Al_2O_3-CaO-MgO-SiO_2复合夹杂;缺口试样疲劳极限显著下降,起裂类型为多源萌生起裂,计算得轴承钢的缺口敏感系数q_f为1.18。光滑试样疲劳破坏从以高应力幅粗糙度萌生表面裂纹的破坏向低应力幅驻留滑移带、加工凹痕、夹杂缺陷萌生裂纹转移。疲劳裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命的94.1%以上。     

钛铝异质自冲铆接头疲劳性能及失效机理

对纯钛(TA1)和铝锂合金(AL1420)异质单搭自冲铆接头进行静力学实验和疲劳实验研究,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的S-N曲线,分析接头的疲劳性能;采用扫描电子显微镜对接头疲劳断口进行观测,研究接头的微观疲劳失效机理.结果表明:接头的静力学性能与疲劳性能不具有一致性,TA1-AL1420(TA)接头静力学性能更优,但其疲劳性能比AL1420-TA1(AT)接头差;TA接头疲劳失效形式为下板断裂,疲劳裂纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域,随后沿着板宽方向扩展,最终导致下板完全断裂.AT接头在短寿命区因铆钉断裂失效,铆钉的断口属于脆性疲劳断裂;在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合失效形式,疲劳裂纹从下板一端萌生,沿着板宽向另一端方向扩展,导致下板断裂失效.      

不同烧结条件下Fe-Cu-Ni-Mo-C合金的弯曲疲劳性能及断口分析

以部分扩散预合金Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末为原料,利用模壁润滑温压技术与3种烧结工艺制备合金材料,研究不同烧结工艺下合金的疲劳性能。结果表明:3组不同烧结工艺制备的试样在104~109循环周次下的应力幅值-循环周次(S-N)曲线均为一条连续下降的曲线,不存在传统疲劳概念上的疲劳极限,只存在条件疲劳极限;在107循环周次下,3组试样的条件疲劳极限分别为280、264和239 MPa。断口分析发现,3组试样的疲劳裂纹均萌生在试样表面的棱角处,且均表现为多源萌生;疲劳裂纹扩展以穿晶断裂为主,不同的组织对裂纹的扩展有明显的影响;扩展区存在典型的解理和疲劳辉纹形貌;断裂区有塑性韧窝出现。     

择优取向层片组织TiAl合金的室温疲劳行为

采用旋转弯曲加载方式,评价了择优取向层片组织Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr-0.2Zr(原子数分数,%)合金的室温高周疲劳性能,并采用扫描电镜对疲劳断口进行了观察和分析。结果显示,实验合金的应力-寿命(S-N)曲线呈现平直形态,符合Basquin方程;其条件疲劳极限为477MPa,相当于其抗拉强度的83%。断口观察发现,疲劳试样以穿层片解理方式发生断裂。疲劳裂纹主要沿位于试样表面层、与外加应力成30°~90°的层片界面萌生,之后以穿层片方式发生扩展。在同一应力水平下,疲劳寿命随疲劳源尺寸增加而减少,疲劳源尺寸波动是导致疲劳寿命大幅分散的主要原因。     

WC-Co类硬质合金的低周冲击疲劳性能研究

为研究WC-Co类硬质合金的冲击疲劳断裂机制和微观组织参数对其低周冲击疲劳性能的影响,对6种牌号不同WC晶粒尺寸及Co含量的硬质合金进行了冲击疲劳试验,并用扫描电子显微镜(SEM)观察冲击疲劳断口。结果表明:当硬质合金承受冲击加载时,裂纹从粉末冶金缺陷处萌生,萌生的裂纹与孔洞相互连接形成主裂纹,主裂纹快速扩展导致材料疲劳失效。Co含量越高的硬质合金其疲劳敏感性越强,冲击疲劳寿命越短;WC晶粒尺寸越大的硬质合金其冲击疲劳寿命越长。     

淬火温度对86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响

冷轧辊接触疲劳剥落是在接触负荷下表层疲劳裂纹萌生扩展的断裂过程,与组织结构和内应力状态有关,是主要失效方式之一。本文研究淬火温度对86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响。选择840、870、910和950℃四个淬火温度。测定了试样的接触疲劳寿命、硬度、残余应力和残余奥氏体量。并对金相组织、裂纹形貌及剥落断口进行了观察。研究发现,840℃淬火有最高的接触疲劳寿命;硬度和疲劳寿命有一定的对应关系,硬度为62～63HRC时接触疲劳寿命最高,更高的硬度反而使之下降。残余应力与疲劳寿命的关系较为复杂。金相组织对钢的接触疲劳寿命有重要作用:板条马氏体组织比片状马氏体组织抗接触疲劳性能好,适量的残余奥氏体可改善钢的抗接触疲劳性能。不同的裂纹及断口形貌对应不同的接触疲劳寿命。     

无取向电工钢疲劳裂纹萌生机理及扩展规律研究

以30WGP1600无取向电工钢为研究对象,通过大量疲劳试验,得出了电工钢疲劳寿命分布特征。利用光学显微镜和扫描电镜对疲劳裂纹萌生、扩展规律进行了系统分析。研究结果表明:疲劳裂纹主要萌生于试样的侧表面或侧表面与上下表面转角处的晶粒、晶界和AlN颗粒处;裂纹扩展区表现为解理河流花样特征,瞬时断裂区又表现出类似于单晶体的韧性断裂特征。     

82A和82B高强钢疲劳性能的试验研究

对某钢厂生产的82A和82B高强钢进行了高周疲劳性能试验研究,得到了这两种钢的疲劳应力-寿命曲线(S-N曲线)及疲劳强度。用扫描电镜对试样的疲劳断口进行了观察。结果显示,对夹杂物进行变性处理后的82A钢的疲劳裂纹大多从表面缺陷处萌生,而夹杂物没有变性处理的82B钢的疲劳裂纹则从非金属夹杂物及表面缺陷处萌生,且从内部非金属夹杂物处萌生的疲劳断口呈"鱼眼"特征。讨论了非金属夹杂物对高强钢疲劳性能的影响。     

400 MPa级薄钢板的疲劳性能及断口分析

 利用液压伺服疲劳实验机研究了400 MPa级板带在对称循环应力下的高周疲劳性能,测量了S N曲线,确定了应力幅低于疲劳强度时疲劳寿命与应力幅之间的关系式;用扫描电镜观察该钢的疲劳断口,分析了疲劳断裂特点;在透射电镜下观察了断口附近的微观组织,并对其疲劳断裂机理进行了分析,结果表明：疲劳裂纹起源于表面驻留滑移带挤出脊、侵入沟或表面缺陷,裂纹源扩展最终导致断裂。     

应力与环境耦合条件下高强钢S135的疲劳行为北大核心CSCD

为评价应力与环境耦合(交变应力、腐蚀介质和温度耦合)对高强度钢S135疲劳性能的影响,探索应力与环境耦合对高强度钢S135疲劳的作用机制,测试了S135材料在空气中和不同温度下(25、40、60和80℃)有机盐钻井液中的疲劳寿命,分析了S135在有机盐钻井液中的腐蚀疲劳敏感性,并使用扫描电镜观察了不同温度下的断口形貌,研究了有机盐钻井液中S135腐蚀疲劳的断裂机理。结果表明,同一应力(低应力)水平下,随温度升高(25、40、60和80℃),腐蚀疲劳寿命逐渐降低,腐蚀疲劳敏感指数和温度敏感指数逐渐增加。研究认为,交变应力、腐蚀介质和温度耦合对S135材料疲劳有极大的影响,交变应力是疲劳失效的主要因素,腐蚀介质会使S135表面产生腐蚀坑,导致疲劳裂纹的萌生,温度通过加速腐蚀对疲劳破坏产生影响。     

应力与环境耦合条件下高强钢S135的疲劳行为

为评价应力与环境耦合(交变应力、腐蚀介质和温度耦合)对高强度钢S135疲劳性能的影响,探索应力与环境耦合对高强度钢S135疲劳的作用机制,测试了S135材料在空气中和不同温度下(25、40、60和80℃)有机盐钻井液中的疲劳寿命,分析了S135在有机盐钻井液中的腐蚀疲劳敏感性,并使用扫描电镜观察了不同温度下的断口形貌,研究了有机盐钻井液中S135腐蚀疲劳的断裂机理。结果表明,同一应力(低应力)水平下,随温度升高(25、40、60和80℃),腐蚀疲劳寿命逐渐降低,腐蚀疲劳敏感指数和温度敏感指数逐渐增加。研究认为,交变应力、腐蚀介质和温度耦合对S135材料疲劳有极大的影响,交变应力是疲劳失效的主要因素,腐蚀介质会使S135表面产生腐蚀坑,导致疲劳裂纹的萌生,温度通过加速腐蚀对疲劳破坏产生影响。     

颗粒增强铝基复合材料疲劳断裂研究

对粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了旋转弯曲疲劳试验研究。采用金相显微镜和扫描电镜分别观察了疲劳试验后复合材料纵向显微组织和疲劳断口。通过金相显微镜,观察了增强体颗粒在疲劳循环应力水平下可能的损伤形式。通过疲劳断口观察,分析了断面上不同区域的疲劳裂纹传播特征。结果表明,增强体的加入有效地提高了复合材料的屈服强度、弹性模量和疲劳性能,使复合材料高周疲劳极限提高到约250MPa（1×10^7循环周次）。复合材料的疲劳损伤随机分布于试样内。断口分析还表明复合材料疲劳同样遵循裂纹萌生,长大,失稳断裂规律,其裂纹起源于铝基体内。加入SiC颗粒减弱或遮盖了疲劳裂纹传播时的晶体学特征,使得复合材料高周疲劳断面没有发现常见的疲劳辉纹。     

Q345R钢湿硫化氢预腐蚀低周疲劳行为

对Q345R钢在湿硫化氢环境中预腐蚀低周疲劳性能进行了研究,以硫化氢溶液的浓度和预腐蚀时间为环境因素.低周疲劳试验在MTS-809疲劳试验机上进行,对各试验组的结果数据进行回归分析,得到各试验组环境下Q345R钢的循环应力-应变曲线、应变-寿命曲线等低周疲劳特性.不同试验环境下的预腐蚀低周疲劳结果表明,材料循环应力应变响应特性不受环境因素影响,为循环硬化特性;预腐蚀时间因素对材料低周疲劳寿命的影响比硫化氢溶液的浓度因素显著.试样断口为典型的低周疲劳断裂形貌,裂纹扩展阶段为脆性准解理断裂特征.     

表面缺陷对单晶高温合金高周疲劳性能的影响

在定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种单晶高温合金试棒,标准热处理后加工成旋转弯曲高周疲劳试样,试样中间位置用电火花加工成不同尺寸的孔洞以模拟叶片的表面缺陷,在980 ℃、应力分别为400 MPa和500 MPa条件下,研究表面孔洞对合金高周疲劳性能的影响,用扫描电镜分析了疲劳试样的断口形貌.结果表明,与标准试样相比,带有孔洞合金的高周疲劳寿命都有不同程度的降低,随着表面孔洞尺寸增大,合金的疲劳寿命逐渐减小.在合金试样的高周疲劳断口上可见疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区.相对于标准试样,带有孔洞试样疲劳源除了试样表面,还有表面孔洞,所有试样都为多源疲劳断裂.与高温下拉伸持久的断裂机制不同,高温下旋转弯曲高周疲劳为类解理断裂.      

梯度结构硬质合金的疲劳断裂

采用三点抗弯的方法研究WC-6Co梯度结构硬质合金和均质WC-6Co硬质合金的疲劳行为,探讨疲劳断口形貌与破坏机制的关系。结果表明:梯度结构硬质合金的疲劳裂纹在亚表面萌生;梯度结构硬质合金表层Co相发生明显塑性变形,WC相以沿晶断裂为主;中间层Co相变形也很明显,WC相解理断裂增加;内层Co相塑性变形很少,WC、η相以解理断裂为主;均质硬质合金Co相塑性变形明显,WC以沿晶、解理断裂为主,各部位断口形貌接近;梯度结构硬质合金的疲劳极限比均质硬质合金高约100 MPa;梯度结构硬质合金中疲劳裂纹沿垂直于试样下表面、平行于Co相梯度的方向形核,而均质硬质合金的疲劳裂纹沿平行于试样外表面方向形核。在应力集中效应、循环应力的作用下,Co相的马氏体相变是裂纹在亚表面萌生的主要原因;马氏体相变使Co相成为裂纹形核的快速通道,裂纹沿Co相梯度方向形核。     

重熔处理对火焰热喷涂Ni60A涂层件疲劳性能的影响

为了研究重熔处理对火焰热喷涂件疲劳性能的影响,本文应用火焰热喷涂技术在40Cr基体上制备出Ni60A自熔性粉末合金涂层,将热喷涂件经不同时间的火焰重熔处理后,应用疲劳试验机测试了喷涂试样及基体试样的弯扭疲劳寿命,分析了试样的宏观断口及极限应力。结果表明:重熔处理时间是影响热喷涂件疲劳寿命的关键因素之一。当重熔时间不足时,涂层表面缺陷为主要裂纹源,涂层与基体的结合力不强,极限应力随裂纹的萌生波动,裂纹在涂层中的扩展以微观第一阶段为主,断口大多为瞬断面,无疲劳辉纹,热喷涂件的疲劳寿命较短;当重熔时间过长时,涂层强度有所提高,但涂层中再次形成的缺陷为主要裂纹源,极限应力波动显著,裂纹在涂层中的扩展为微观第一阶段及第二阶段,断面有较明显的疲劳辉纹;当重熔时间合理时,缺陷对喷涂件疲劳寿命的影响减弱,构件疲劳寿命显著提高。     

盐雾腐蚀对HRB400E抗震钢筋低周疲劳和力学性能的影响

摘要：采用质量分数为5%的NaCl溶液在盐雾腐蚀箱进行30~90d加速腐蚀试验,研究了盐雾腐蚀对HRB400E钢筋低周疲劳行为和拉伸性能的影响。然后采用轴向位移控制模拟地震载荷对腐蚀钢筋开展了低周疲劳和拉伸试验,获得循环响应特征曲线和应变 寿命曲线。结合SEM断口形貌观察,分析钢筋的低周疲劳断裂机制。结果表明：盐雾腐蚀对钢筋的质量和尺寸有明显影响,钢筋表面产生腐蚀坑;钢筋的力学性能随腐蚀时间增加而降低,腐蚀90d的断裂伸长率下降率达461%,屈服强度在腐蚀30d以后可能就不再满足标准要求;腐蚀明显削弱了钢筋的抗循环载荷性能,导致低周疲劳寿命下降;腐蚀会减小钢筋的裂纹扩展区面积并加速裂纹扩展。     

TC11钛合金高温持久异常断裂分析

为分析TC11钛合金高温持久试样异常断裂原因,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析高温持久异常断裂试样的断口及表面微观形貌,并用能谱仪进行微区成分分析。异常断裂试样表面发生明显氧化和多处开裂,试样断口边部存在多处深褐色氧化凹坑,断口外圆周凹坑处多发生沿晶断裂,心部为韧性断裂。试样表面裂纹区域含有Cl、Mg、Na等元素,是导致试样异常断裂的直接原因。Mg、Na、Cl等元素是由捆绑热电偶的石棉绳引入,在高温环境下试样表面发生热盐应力点腐蚀,随着高温持久试验应力的持续加载试样发生形变,点腐蚀凹坑处产生裂纹并迅速延伸导致试样异常断裂。采用镍铬丝捆绑热电偶时试样表面未发生热盐应力腐蚀,其对TC11钛合金持久性能的影响很小。