组织特征对粉末高温合金FGH96疲劳裂纹扩展速率的影响

通过对不同热处理后获得3种典型显微组织的粉末高温合金FGH96合金试样在650 进行保载90 s和5 s并恒载荷循环应力作用下的疲劳试验,研究组织特征对疲劳裂纹扩展速率的影响规律,确定不同载荷条件下孕育期、萌生期、扩展期及瞬断期所占的比率。结果表明,γ相特征显著影响疲劳裂纹扩展速率;疲劳行为对保载时间存在敏感性,随保载时间的延长,在疲劳-蠕变的交互作用下会明显加快合金疲劳裂纹扩展;在整个疲劳破坏过程中,萌生比率均高于扩展比率,说明该合金抗裂纹萌生的能力要高于抗裂纹扩展的能力;此外,该合金疲劳裂纹扩展四个阶段在整个断裂周次所占的比率分配上,孕育期比率一般较小,萌生期和扩展期比率较大,瞬断期的比率很小,表明该合金裂纹扩展一旦失稳将高速扩展并迅速断裂。     

高温疲劳短裂纹萌生与扩展的实验研究

对2．25Cr-1Mo合金钢进行高温疲劳表面短裂纹的观测试验，采用中断试验和复膜方法观测短裂纹萌生扩展的演化过程，研究短裂纹数密度和平均长度随循环次数及载荷条件的变化特征。结果表明，高温疲劳损伤是由晶界孔洞开始的，晶界孔洞相互联结合体形成细观组织短裂纹；短裂纹在接近应力轴垂直方向的晶界上随机萌生和扩展；在寿命前期和中期疲劳损伤以裂纹萌生为主要形式，寿命后期由于裂纹数目增多，裂纹间合体效果增强，促使主裂纹迅速形成和长大，从而导致最终的疲劳失效；加载应变范围越大或温度越高，裂纹萌生和扩展越快，寿命越短。     

焊接残余应力对疲劳裂纹萌生和扩展的影响

通过疲劳试验,研究焊接残余应力对疲劳裂纹萌生和扩展性能的影响,以及残余应力的再分配。试验结果表明,垂直于裂纹方向的纵向残余应力促进孔边疲劳裂纹的萌生和扩展;残余应力随焊缝金属的应变松弛而降低,它对疲劳裂纹扩展速率的影响相应减小;残余应力场中疲劳裂纹扩展速率仍可以用Ｐａｒｉｓ ／公式计算。     

室温和650 ℃下晶粒尺寸对GH4169合金疲劳小裂纹萌生和扩展行为的影响

在室温和650 ℃条件下,研究晶粒尺寸对GH4169合金疲劳小裂纹萌生机理和扩展行为的影响。通过在960 ℃、 1 010 ℃、1 020 ℃、1 050 ℃条件下,各保温1 h来改变试样晶粒尺寸。通过光学显微镜来观察不同热处理后的微观组织。利用覆膜法监测小裂纹扩展过程。结果表明,两种温度下疲劳小裂纹萌生机理和扩展模式在细晶组织和粗晶组织间均会发生转变。室温和650 ℃条件下,裂纹扩展速率在小裂纹阶段近似恒定。室温下,平均晶粒尺寸变化对小裂纹扩展速率几乎没有影响。650 ℃下,随着平均晶粒尺寸增加,小裂纹扩展速率增大。无论哪种温度下,一旦表面裂纹长度达到一定临界尺寸,小裂纹会加速扩展,进入长裂纹阶段。室温下不同平均晶粒尺寸试样临界裂纹长度基本相同,650 ℃下随着平均晶粒尺寸增加临界裂纹长度增加。     

风电齿轮箱轴承内部疲劳裂纹萌生与扩展方向研究

针对风电齿轮箱轴承疲劳裂纹萌生方向的问题,通过理论研究,认为裂纹萌生的方向取决于萌生局部位置最大切应力幅所在平面方向。经计算发现,轴承滚道内部浅层位置正交切应力幅大于主切应力幅,较深位置主切应力幅大于正交切应力幅;裂纹萌生角度随萌生深度不同而变化。针对裂纹扩展问题,利用断裂力学裂纹尖端极坐标应力叠加的方法,明确了Hertz接触应力、残余应力、装配过盈压力等对裂纹扩展方向的影响,通过分析不同热处理金相组织的轴承失效案例,验证了理论的适用性。     

球墨铸铁疲劳裂纹扩展的微观机制

研究了在恒幅拉伸循环载荷作用下球铁的疲劳裂纹扩展的微观机制，分析了石墨形态对铸铁疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响。结果表明：铸铁的石墨形态对疲劳裂纹的萌生及扩展有很大影响。灰铁由于在共晶团内石墨片相互连接，疲劳裂纹总是沿着与外应力相垂直的石墨片／基体边界扩展。球铁的疲劳裂纹扩展受基体组织及石墨形态所左右，但在石墨球／基体界面产生的滑移带、塑性区及裂纹尖端钝化区决定着疲劳裂纹萌生及扩展的整个过程。球铁的疲劳裂纹扩展规律是：裂纹连续扩展—急速扩展—裂纹尖端钝化—重新诱发裂纹—连续扩展。     

2.25CrMoV钢于夹杂物和晶界处开裂低周疲劳裂纹扩展的原位观测

对汽轮机转子用2.25CrMoV钢在真空常温条件下进行高应力低周疲劳试验,对试样中起源于夹杂物和晶界等典型缺陷处的裂纹扩展进行了原位连续观测,研究了典型缺陷对疲劳裂纹萌生和初期扩展的影响。结果表明:在高应力循环载荷作用下,夹杂物的形状和尺寸对疲劳裂纹的扩展无明显影响,夹杂物处萌生裂纹的扩展速率小于晶界处萌生裂纹的扩展速率;短裂纹群体效应和滑移线快速增殖的共同作用是导致试样疲劳破坏的主要原因。     

预腐蚀7A09铝合金腐蚀坑处萌生疲劳裂纹扩展深度的估算

含初始缺陷铝合金结构的寿命评估方法大多需要用到裂纹扩展深度这一难以直接测得的参数,为了找到其与表面裂纹长度之间的关系,对预腐蚀7A09铝合金进行疲劳试验,并利用扫描电镜结合能谱仪进行疲劳断口分析,发现了腐蚀坑处萌生裂纹沿着深度方向的扩展规律。结果表明:7A09铝合金的疲劳断口多呈脆性断裂特征,富集的增强相反而会成为脆性相,降低材料的塑性变形能力;对于单一裂纹源主导的疲劳断裂,其内部扩展深度与表面裂纹长度之间存在线性关系,通过检测构件中裂纹的表面长度可以获得其扩展深度,对于结构剩余寿命的估算具有参考价值;对于多源疲劳,裂纹扩展长度与深度间无确定的关系。。     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。     

辗轧工序对车轮摩擦磨损和接触疲劳性能的影响

为研究辗轧工序对车轮使用性能的影响,选择经辗轧工序成形和直接钢水浇筑成形的2种车轮材料,利用GPM-30试验机开展摩擦磨损和接触疲劳性能研究,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、ASPEX分析仪、EBSD分析2种车轮材料在不同接触应力状态下摩擦磨损和接触疲劳裂纹萌生扩展行为。结果表明:辗轧工序能够有效地细化车轮材料晶粒,减小珠光体片层间距,从而改善车轮微观组织,减少不均匀塑性变形,抑制裂纹的萌生和扩展,减少磨损量,延长接触疲劳寿命;同时发现夹杂物的形态影响接触疲劳试验亚表面裂纹的萌生。     

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。     

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。     

基于动态响应有限元模拟的点焊接头疲劳寿命预测

利用三维有限元模拟和动态响应试验对点焊接头疲劳裂纹萌生和扩展特性进行了研究。利用所模拟的裂纹长度和固有频率的关系,定义了点焊疲劳裂纹扩展的三个阶段。根据所定义的裂纹萌生阶段的定义,利用局部应力应变法预测了点焊接头的疲劳裂纹萌生寿命。结果表明,所预测的疲劳萌生寿命与试验结果相吻合。     

镁合金疲劳性能的研究现状及展望

简要叙述了镁合金疲劳性能的研究概况,详细介绍了镁合金疲劳裂纹萌生和扩展机理的主要研究成果,介绍了显微组织、合金元素、环境条件、表面状态、加载条件以及温度等内外部因素对其疲劳性能的影响规律,在分析目前镁合金疲劳性能研究的不足的基础上,对镁合金疲劳性能的研究方向进行了展望。     

基于宏—细观模型的疲劳裂纹萌生数值模拟

为了研究材料微观特性对结构疲劳寿命的影响,提高结构疲劳寿命预估精度,根据Tanaka-Mura单一微裂纹及裂尖微裂纹萌生寿命预测模型,模拟疲劳载荷下某马氏体钢孔边疲劳裂纹萌生寿命。利用泰森多边形生成法,生成代表多晶结构的二维特征单元。考虑晶粒内相互垂直的多滑移特性以及已起裂裂纹对相邻晶粒裂纹萌生的影响,建立微裂纹起裂与扩展的改进模型。中心孔平板试件疲劳寿命的数值模拟结果与试验值吻合良好,说明给出的改进宏细观疲劳寿命预测模型的有效性。     

基于分形理论的复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹行为研究

含有裂纹的固体从物理角度看实际上是一个非线性耗散系统,可以用分形理论加以描述.疲劳短裂纹的扩展路径可视为分形曲线,裂纹扩展路径的不规则性可用分形维数加以描述.裂纹扩展的分形维数中隐含着诸多的物理因素,如材料微观组织结构、加载条件等.以复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹为研究对象,对20钢进行高温低周疲劳试验,观测试样表面疲劳短裂纹的萌生扩展及合体的演化过程,对试验结果进行分形分析,得到裂纹分形维数随循环过程的演化特征:疲劳短裂纹的萌生扩展行为具有分形特征,分形维数随着疲劳进程的发展而稳定地成比例增加;分形维数不产生缺口依存性,可适用于各种不同应力比的复杂应力状态短裂纹的表征;分形维数可作为把握材料总体损伤状态的参数,为材料短裂纹阶段的寿命预测提供依据.     

脉冲放电截止热疲劳裂纹的亚临界扩展

对３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ模具热疲劳裂纹进行脉冲放电,裂纹尖端熔化形成焊点,使裂尖钝化,阻止了热疲劳裂纹的亚临界扩展。脉冲放电能使裂尖处的组织和性能发生有利的变化,显著地 提高裂尖处裂纹萌生所需的能量和扩展功,截止了亚临界裂纹的继续扩展。     

八种钢的恒幅和变幅疲劳性能

构件总的疲劳寿命是由裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂所组成。选择材料常常以恒幅疲劳性能为基础,这种性能不一定能够提供合理的设计依据。以裂纹萌生尺度为判据的应变控制低周疲劳性能,业已用作疲劳寿命的主要预测基准,就象常幅疲劳裂纹的扩展曾作为预测基准一样。但在变幅加载情况下,因为忽略了疲劳过程的某些部分和没有较多的合适资料,所以两种基准都不可能是完善的。本文提供了八种钢恒幅裂纹扩展的数据以及四种不同变幅载荷谱的疲劳结果,其中包括裂纹的萌生、裂纹的扩展至断裂。把从恒幅疲劳裂纹扩展行为得出的材料评价用于变幅载荷下裂纹的萌生和扩展可能是不正确的。     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。