薄板和厚板材料中不同裂纹形状的断裂分析

本文导出了与破损时线弹性应力强度因子弹性名义破损应力和两种材料参数有关的两参量断裂准则。断裂准则以前用于拉伸裁荷条件下簿板和厚板试样表面开裂和穿透裂纹的数据分析。本文的断裂准则则应用于中心裂纹拉伸试样、紧凑试样和缺口弯曲断裂试样,这些试样用钢、钛或鋁合金制成,在室温下进行试验。断裂数据包括了宽范围的裂纹长度、试样宽度和厚度。所分析的材料具有一个宽范围的拉伸性能。用此准则计算的破损应力与试验破损应力相当吻合(±10％)。同时还发現,此准则与不同试样类型(如中心裂纹拉伸试样和紧凑试样)所取得数据相关;对于同样材料、厚度和试验温度来说为±10％。     

30CrMnSiA钢在盐雾腐蚀条件下疲劳裂纹扩展的初步研究

本文用断裂力学的方法对30CrMnSiA结构钢在盐雾介质和室温空气下的疲劳裂纹扩展特性进行了初步研究。 用紧凑拉伸试样,在应力强度因子△K=70～200kg/mm~3/~2范围内,其试验结果表明:试验初期,盐雾介质中的裂纹扩展速率比室温空气中的要高,并随着试验频率的降低而急剧增加,这种情况通常是氢脆机制造成的。当盐雾介质中的试验进行到20～40小时以后,由于裂纹表面腐蚀产物的堆积,裂纹扩展速率逐渐减缓,甚至低于室温空气下的da/dN曲线。在试验的最后阶段,由于应力强度因子幅值的增大,上述两种介质中的裂纹扩展速率趋于接近。     

CRO试样的疲劳裂纹扩展行为试验方法研究

考虑到如紧凑拉伸和三点弯曲等标准试样的大尺寸要求以及高试验成本等突出问题,该文发展了含外侧径向裂纹C形环小试样（C-ring with an outer radial crack,CRO）的疲劳裂纹扩展行为试验方法。利用有限元分析建立了CRO小试样的高精度应力强度因子算式以及基于柔度法理论的裂纹长度预测公式。采用5083-H112铝合金分别完成了CRO试样和标准CT试样的疲劳裂纹扩展速率试验,获得了相应的Paris方程中的幂指数。通过对比发现,CRO和CT试样的疲劳裂纹扩展规律基本一致,验证了新方法的有效性。基于上述方法对C250钢两种厚度CRO试样的疲劳裂纹扩展行为进行了应用研究。     

HY-130钢焊件的氢脆开裂

本文通过增广应变试验来研究HY-130焊件中氢脆裂纹的起源及扩展。在焊缝金属所发现的裂纹扩展形态表明,由于位错的堆垛会在界面形成裂纹。而且,特别大的塑性应变总是伴随着裂纹扩展。为证实这一观察,对用电解法充氢或无氢的HY-130钢试样进行了增广应变开裂试验,测量了试样缺口根部的塑性应变。果然,此塑性应变具有明显的滞弹性并且显示出与氢脆相同的对氢含量和应变速率的依赖性,即随着氢含量增加且应变速率降低,塑性应变增加。然而,氢对试样的硬度无影响。本文根据这些观察结果对氢脆的机理进行了讨论。     

含氢的Ti-2Al-2.5Zr合金的静态和动态断裂行为研究

采用紧凑拉伸(CT)试样,研究了含氢110μg/g的Ti-2Al-2.5Zr钛合金在室温的静载延迟裂纹扩展(da/dt)和疲劳加载裂纹扩展(da/dN)行为,用扫描电镜观察了断口形貌.结果表明,Ti-2Al-2.5Zr合金含氢110μg/g即足以引起材料的静载氢致延迟断裂,氢在裂纹尖端扩散聚集并析出氢化物,导致材料变脆,是氢致延迟断裂的微观机制;而相同含氢量时对疲劳断裂过程的影响微弱,疲劳断裂受通常的裂纹萌生、稳态扩展和瞬断机制控制.     

防辐射含钆有机玻璃的断裂韧性研究

利用紧凑拉伸实验方法,测定含钆有机玻璃的平面应变断裂韧性KIC,并对紧凑拉伸试样的断面形貌进行分析。利用环境扫描电子显微镜原位拉伸测试技术,分析含钆有机玻璃在拉伸应力下的断裂过程,认为用裂尖银纹-裂纹模型和次级破裂模型分别解释含钆有机玻璃的慢速裂纹扩展和快速裂纹扩展过程是合适的。     

结构钢S355N及S355N-Z25的低温CTOD断裂韧性及其da/dN研究

分别采用三点弯曲SE(B)与紧凑拉伸C(T)试样,通过-20℃的低温裂纹尖端张开位移CTOD断裂韧性试验及疲劳裂纹扩展速率da/dN试验,研究了S355N及S355N-Z25结构钢的裂纹启裂与扩展的抗力.研究结果表明:S355N钢抵抗裂纹启裂及前期扩展的能力比S355N-Z25钢强,但前者抵抗裂纹后期扩展的能力比后者弱...     

应力环在氢脆控制试验中的应用

介绍了一种氢脆测定试验方法和试样，即采用应力环对V型缺口氢脆试样加载，考察在规定的时间内试样是否断裂来评定零件的氢脆性。该方法简单易行，只须一台持久强度试验机，便可同时进行多个试样的试验，过程易于控制，稳定性好，提高了工作效率。经近两年的实际使用，情况良好。     

L245无缝钢管在4MPa氢气环境下的氢脆敏感性研究

为了考察低钢级管线钢在中压氢气环境下的氢脆敏感性，采用光滑和缺口试样慢拉伸试验方法，结合宏观和微观断口表征与分析，研究了L245钢在空气和4 MPa氢气中的氢脆敏感性。结果表明：L245钢光滑试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和延伸率的损失率分别为5.2%、4.8%和-0.1%,而缺口试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移的损失率分别达到19.1%、45.6%、15.4%,即发生了氢脆。L245钢光滑试样在空气介质中的慢拉伸断裂方式为韧性断裂；开缺口后起裂源开始于缺口位置，然后以准解理断裂的方式向内部扩展，加速试样断裂过程，但整体仍然表现为韧性断裂。相比之下，当L245钢光滑试样在4 MPa氢气环境中时，会在颈缩位置产生裂纹源；开缺口后，从缺口位置向内部产生的准解理断裂区域显著增加，使得断裂过程急剧加快，而心部则发生了氢致韧断。开缺口后L245钢在4 MPa氢气中的断裂方式为准解理断裂与氢致韧断相结合。     

爆炸焊接不锈复合高强钢的断裂韧性

本文研究了SUS304不锈钢和HT80高强钢爆炸焊接复合板的断裂韧性。为了搞清冶金性质及复合结构对断裂韧性的影响。沿着复合板厚度的不同部位,切取均质和非均质试样,进行了夏比V型缺口试验与弯曲COD试验,这些试样的缺口根部或预裂纹前沿平行于板材表面。夏比V型缺口试验中,试样断裂时所消耗的能量与缺口根部的起裂能量,受到缺口根部的材料的影响及试样的净载面中两种不同钢种的厚度比的影响。在预裂纹位于不锈钢侧的非均质试样的静态弯曲试验中,虽然在整个试验温度范围内,预裂纹尖端处发生了塑性断裂,但是在预裂纹扩散之前,在焊接界面附近的高强钢中就发生了断裂。就裂纹起始而论,如果能测量出交界区首先起裂时的临界COD,以及断裂首先出现在预裂纹顶端处时的拉伸区宽度,则这二者分别可以成为一种断裂韧性参数。在预裂纹位于高强钢侧的非均质试样中,在低温下尚未发生塑性断裂的临界COD及在整个温度范围内的伸展区宽度,均可能作为断裂韧性的参量。因为断裂韧性基本上取决于包含预裂纹尖端的材料,即高强钢。     

预制裂纹角度对橡胶拉伸断裂影响的有限元分析

初始裂纹的形态影响着裂纹尖端的应力场和扩展方向,进而决定着橡胶材料的使用寿命。目前人们关于预制裂纹试样拉伸断裂的研究主要集中在直裂纹,很少涉及预制裂纹角度的改变对橡胶拉伸断裂的影响。文中应用ANSYS有限元分析软件计算拉伸状态下含不同裂纹角度橡胶试样裂纹尖端的等效应力值和撕裂能的大小,判断裂纹是否扩展及扩展方向,并对橡胶试样进行拉伸验证试验测试。结果表明,在拉伸断裂过程中,裂纹尖端的应力值和撕裂能随着初始预制裂纹角度的增大而增大,裂纹尖端形状均由初始的尖点变成圆弧状;含不同裂纹角度橡胶试样的拉伸断裂形貌与裂纹预测扩展方向基本一致,验证了有限元分析的正确性。     

加载载荷对ADB610钢疲劳裂纹扩展性能的影响研究

针对ADB610新型低碳贝氏体钢,采取紧凑拉伸试样、恒幅加载方式,在应力比为0.1时进行3种不同加载载荷下多试样的疲劳裂纹扩展试验,并测出裂纹扩展长度a和循环寿命N的a-N试验数据。然后采取七点递增多项式法对a-N试验数据拟合计算疲劳裂纹扩展速率。结果表明,加载载荷较小时,ADB610钢循环寿命较长;在疲劳裂纹扩展的初始阶段,加载载荷小的疲劳裂纹扩展速率相对较慢,但随着疲劳裂纹逐渐扩展,加载载荷小的疲劳裂纹扩展速率反而更大一些。     

断裂韧度合成标准不确定度评定及影响因素探讨

根据金属材料平面应变断裂韧度的测试方法,选取紧凑拉伸试样进行合成标准不确定度评定,给出了不确定度的表达式及计算值。通过分析认为:条件载荷PQ对标准不确定度的影响最大,试样几何形状因子f(α)的影响次之;平均裂纹长度测量的准确性和精度是影响应力强度因子的主要因素之一。最后,分析讨论了试样加工、夹具设计、裂纹预制、裂纹测量对裂纹平直度和测量精度的影响。     

铈离子对高强铝合金应力腐蚀开裂的缓蚀作用

基于慢应变速率拉伸实验(SSRT),采用恒电流极化、电化学噪声(ECN)与电化学阻抗(EIS)等方法,研究7A04铝合金在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为以及Ce~(3+)对其SCC的缓蚀作用,探讨Ce~(3+)对裂纹孕育与发展过程的抑制机理。结果表明:无论是阳极还是阴极极化,均会促进7A04的SCC倾向,前者增加了裂尖的阳极溶解,后者则加速了裂尖的氢脆效应。Ce~(3+)的加入能延缓7A04的SCC断裂时间,但其有效性仅限于裂纹的萌生阶段。由于Ce~(3+)能够抑制铝合金表面的亚稳态点蚀发育和长大,因而使裂纹的孕育时间显著延长,降低了SCC的敏感性。不过一旦裂纹进入扩展阶段或者试样表面有预裂纹,则由于Ce~(3+)很难迁移到裂纹尖端或在裂尖区难以成膜,不能对裂纹的生长起到有效抑制作用,因而无法降低7A04的SCC发展速率。SEM分析表明7A04铝合金光滑试样SCC主要源于亚稳态或稳态点蚀的诱导作用。     

声发射技术监测疲劳损伤探讨

在实验室的高频疲劳试验机上,对紧凑拉伸试样进行疲劳损伤试验,用声发射技术记录声发射参数的变化.使用小波分析识别降噪方法和外触发采集卡(只在裂纹扩展时才采集数据,裂纹闭合时不采集数据)等措施,将各种噪音分离出去,最后只有试样的疲劳损伤裂纹起裂和扩展的声发射波形信号,经处理后获得的疲劳裂纹扩展长度与应力循环次数关系,接近于人工测得的疲劳裂纹扩展长度与应力循环次数关系曲线.     

喷射成形GH738合金的疲劳裂纹扩展行为

进行了不同温度、频率和应力比条件下喷射成形GH738合金紧凑拉伸(CT)试样的疲劳裂纹扩展试验,分析了相应条件下的疲劳裂纹扩展速率及其对疲劳裂纹扩展行为的影响规律。结果表明:随着温度的升高,裂纹扩展速率略有加快;加载频率降低,疲劳裂纹扩展加速;裂纹扩展速率da/d N随应力比R的增大而增大。疲劳断口呈现多裂纹源特征,裂纹稳定扩展为疲劳条带机制。     

管线钢管屈服强度的稳定性试验

针对目前API Spec 5L-2009《管线钢管规范》中采用冷压平方法测试管线钢管屈服强度的不稳定性问题,采用双肩圆试样拉伸、展平率法板试样拉伸、预拉伸至弹性极限Rp0.02板试样拉伸和预拉伸至弹性极限Rp0.01板试样拉伸四种方法对不同取样方向的管线钢管试样进行了拉伸试验,并对四种方法测得的屈服强度结果进行分析比较。结果表明:双肩圆试样拉伸法由于不是全厚度试样,因而不能真实地反映管线钢管的屈服强度,且试样加工比矩形平板状试样更为繁琐;展平率法板试样拉伸方法由于同一取样角度只计算一个试样的展平率,因而试验结果比较分散,且需要采用滞后环法对试验数据进行处理,工作量较大;预拉伸至弹性极限板试样拉伸方法可以方便、准确地计算出管线钢管的屈服强度,但预拉伸至弹性极限Rp0.02时的非比例伸长延伸率稍大,因此建议采用预拉伸至弹性极限Rp0.01板试样拉伸的方法测试管线钢管的屈服强度。     

氢气环境下2205双相不锈钢的氢致开裂研究

为了研究氢气环境下双相不锈钢疲劳裂纹萌生和扩展的影响规律,建立氢气环境下双相不锈钢疲劳应变组织演化—氢致开裂之间的关联机制,在5 MPa氢气和5 MPa氮气2种环境中对2205双相不锈钢试样进行了慢应变速率拉伸和疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明：在氢气环境下,2205双相不锈钢在慢应变速率拉伸过程中的氢脆敏感性不高,而在疲劳过程中氢脆现象显著,5 MPa氢气环境下2205双相不锈钢的疲劳裂纹扩展速率比氮气环境中的快18倍;氢气能够促进2205双向不锈钢疲劳裂纹尖端周围组织的局部塑性变形,并进一步导致氢致开裂。在氢气环境下2205双相不锈钢疲劳变形过程中,不同的相结构其氢致开裂机理也不同,铁素体相容易形成河流状花样断口形貌(解理断口),而奥氏体相断口形貌多呈现平行的滑移带特征,奥氏体相在铁素体相的解理开裂过程中对裂纹具有阻碍作用。     

基于压缩预制裂纹方法的钛合金裂纹扩展门槛值测试

针对不同尺寸紧凑拉伸试样门槛值实验中存在裂纹扩展速率提前下降的现象,选取R=0.1应力比,对试样宽度尺寸为25,50,75 mm的3组试样,分别进行ASTM E647规定的降载方法(load reduction,LR)与压缩预制裂纹恒载法(compression pre-cracking constant amplit...     

应力三轴度对淬火态硼钢氢脆敏感性的影响

对硼钢进行电化学充氢和低应变率拉伸,分别画出了纯剪切、单向拉伸及近似平面应变状态下淬火态硼钢充氢前后的应力-应变曲线,并基于等效塑性应变量化了硼钢的氢脆敏感性,研究了应力三轴度对淬火态硼钢的力学性能和氢脆敏感性的影响。用SEM及EBSD表征试样断口的微观组织,根据淬火态硼钢充氢前后断裂模式的变化分析了硼钢在不同应力状态下的氢脆机理。结果表明,淬火态硼钢在剪应力状态下的氢脆机理与拉伸应力状态显著不同,使其氢脆敏感性比拉伸应力状态显著降低。