缺口和平均应力对TC18棒材疲劳强度的影响

在不同的应力集中系数K_t和应力比R下,分析缺口(应力集中)和平均应力对TC18棒材疲劳强度的影响。结果表明:TC18棒材的应力幅σa随应力集中系数和应力比的增大而减小,但其最大应力σ_(max)随应力比的增大而增大。应力集中和平均应力对TC18棒材疲劳强度的影响可分别用应力集中敏感因子A和平均应力敏感因子Am来衡量。为了进一步评估应力集中和平均应力对TC18棒材疲劳强度的综合影响,建立一种新的模型,并且通过新模型得到的数据和实验结果匹配较好。     

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能. 结果表明, 超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高, 中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比. SEM断口观察表明, 绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物. 随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅ΔK_inc的减小, 疲劳寿命N_f增加; 而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅ΔK_GBF并不随N_f变化而变化, 基本为一常数, 且粗晶粒试样的ΔK_GBF高于细晶粒试样. 这表明, 细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.     

焊趾几何形状对P355NL1钢焊接接头应力集中的影响

应力集中是导致焊接钢结构发生疲劳断裂的重要因素。利用ABAQUS软件建立了P355NL1钢焊接接头有限元模型,并进行了应力计算,研究了焊趾处圆弧过渡半径r和焊趾倾角θ对应力集中系数K_t的影响;引入疲劳缺口系数K_f研究了焊趾几何形状对P355NL1钢焊接接头疲劳强度的影响。结果表明,θ相同时,K_t和K_f随r增大而减小;r相同时,K_t和K_f随着θ的增大而增大。增大焊趾处圆弧过渡半径或降低焊趾倾角都能提高对接接头的疲劳强度。     

钛合金BT20焊接接头腐蚀疲劳性能的实验研究

BT20钛合金焊接接头的轴向疲劳性能在应力集中系数K_t=1时的各种应力比的条件下,盐雾环境和SO₂酸性盐雾环境下的疲劳寿命都有所降低,其中 SO₂酸性盐雾环境对疲劳寿命影响最显著;在疲劳寿命N=10⁵处,应力比 R由0.5变为0.06时,潮湿空气使疲劳强度下降18%,盐雾腐蚀使疲劳强度下降16%,SO₂酸性盐雾使疲劳强度下降7%。     

高温环境下铝合金的高频疲劳性能

研究了2024铝合金高温环境下的高频疲劳性能,获得了光滑试样和带缺口试样在不同应力比下的S-N曲线。结果表明,在高温环境下,铝合金的疲劳性能随应力集中系数的增大而降低;当应力集中系数相同时,其疲劳性能随应力比的减小而降低。最后根据试验结果,以疲劳极限为门槛值,采用双对数公式,给出了高温环境下铝合金的疲劳寿命预测公式,对铝合金的结构设计提供了参考。     

轴重和摩擦力对轮轨接触疲劳的影响

目的 了解钢轨表面存在裂纹时的轮轨接触问题。 方法 采用有限元分析软件 ANSYS,获得不同裂纹位置的应力强度因子。 结果 裂纹在接触斑边缘的位置时,应力强度因子 K_I最大;随着轴重的增加,应力强度因子 K_I增加,而应力强度因子 K_II先增加,后减小;考虑摩擦力( μ = 0 . 3 ) 时,相对于无摩擦,K_I和 K_II都明显增加,且 K_II所占 K_I的比例提高了 15% 。 结论 车轮在钢轨上滚动时,轮轨间的轴重和摩擦力是影响钢轨疲劳的重要因素,轴重的提高会明显加剧钢轨疲劳,而摩擦力的影响建立在轴重的基础上,并使轴重的影响加剧。     

ELECTROMECHANICAL COUPLING COEFFICIENT (K33) OF Fe72.5Ga27.5 MAGNETOSTRICTIVE ALLOY

采用区熔定向凝固法制备目标成分为Fe_72.5Ga_27.5的磁致伸缩定向生长试样. 采用改进的交流阻抗法测定定向生长态及其淬火态(1000 ℃/3 h, W. Q.)试样的阻抗谐振频率谱, 求出不同偏振磁场和预压力情况下的动态机电耦合系数K₃₃. 由于Fe--Ga合金的磁致伸缩性能比Tb--Dy--Fe巨磁致伸缩材料小一个数量级, 原有的测试方法不易得到Fe--Ga合金的K₃₃. 本实验在拾取信号时采用了四线并接接线方式并将交流激励信号输入水平调整到0.5 A, 获得了稳定且明显的Fe--Ga合金阻抗谐振频率谱线. 实验结果表明: 定向生长试样在32.7 mT偏振磁场、无预压应力下K₃₃为0.103; 淬火态试样在同样偏振磁场和无预压应力下
K₃₃达到0.137. K₃₃随外加偏振磁场的增大而减小, 随预压力的增大呈现先增大而后减小的趋势. 淬火态试样的K₃₃较定向生长试样有明显提高. 外加偏振磁场和预压力对淬火态试样的K₃₃的影响规律同定向生长试样一致.     

缺口对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响

研究了不同缺口(缺口应力集中系数)对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明,缺口试样抗拉强度随着缺口应力集中系数的增大而提高,伸长率随着缺口应力集中系数的增大而减小;低周疲劳寿命随缺口应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数大于1.92时,疲劳寿命急剧下降。断口分析表明,试样拉伸断口由正应力拉断区和剪切断裂区两个典型区域构成。正应力拉断区为穿晶和沿晶相混合的断裂,剪切断裂区为穿晶断裂,断口上均为韧窝形貌。低周疲劳断口由疲劳断裂区、正应力拉断区和剪切断裂区三个典型区域构成。疲劳断裂区比较平坦,有明显的疲劳条带和平行的二次裂纹;低周疲劳断口的正应力拉断区和剪切断裂区的形貌特征与拉伸断口类似。     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

焊缝几何特征对5A30铝合金焊接接头疲劳性能的影响

通过5A30铝合金不同焊缝形式、几何尺寸对接接头疲劳试验, 以及焊缝余高存在时焊趾处的应力集中系数的测定和理论计算, 研究了焊缝几何特征对铝合金焊接接头疲劳性能的影响. 结果表明: 单面焊双面成型和双面焊对接接头的疲劳性能相当, 在循环次数为(1.7～1.8)×106时, 疲劳强度约为100.MPa; 焊缝余高的存在使接头的疲劳性能明显降低, 增大焊缝余高, 接头疲劳性能显著下降, 去除余高, 则可使接头的疲劳寿命提高2～3倍; 厚度为4.mm板材对接接头, 焊缝余高为1～2.mm时, 焊趾处的应力集中系数较其他部位增大50%左右, 焊缝余高大于3.mm, 焊趾处的应力集中系数可超过1.70.     

耐腐蚀性能和拉伸性能提升的 α 型钛合金设计

通过2个电子参数（结合次数Bo_t和d轨道能级Md_t）提出了新设计的α型钛（α-Ti）合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bo_t值（3.847）以及不同的Md_t值（2.430,2.426,2.422）。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度（σ_UTS）、断裂应变（?_f）和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明,3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600 μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σ_UTS和?_f值为801 MPa和16%,Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σ_UTS和?_f值为708 MPa和15%,Ti-5Al-2.5Sn合金的σ_UTS和?_f值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8 ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σ_UTS、?_f和耐热盐腐蚀结果表明,新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。     

复合细化超细晶工业纯钛高周疲劳性能研究

室温下,超细晶工业纯钛光滑试样在加载频率f=25 Hz、应力比R=-1的条件下进行高周应力疲劳测试,拟合超细晶工业纯钛应力幅σ_a与疲劳断裂循环周次N_f之间的关系曲线,并对疲劳断口形貌进行观察分析。结果表明：200 ℃退火60 min超细晶工业纯钛的疲劳极限值σ_-1为376.5 MP,比未退火超细晶工业纯钛的疲劳极限值提高56.5 MPa。疲劳裂纹源萌生于超细晶工业纯钛的表面, 200 ℃退火60 min超细晶工业纯钛的疲劳辉纹间距较小,疲劳裂纹不易扩展,室温疲劳性能优良。     

Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V钛合金低温应力松弛及组织演变

在500、550和600 ℃及不同初始应力下对Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V钛合金进行了应力松弛实验。基于经典的Maxwell指数衰减函数,得到了应力松弛极限。提出了利用松弛稳定系数（C_S）和松弛速率系数（C_R）来描述Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V合金的松弛特性,有利于制定残余应力消减工艺。根据Norton和Arrhenius方程计算了应力指数。通过应力指数和显微组织分析,阐明了应力松弛机理。在不同初始应力下,500 ℃时,位错的攀移和扩散主导了应力松弛过程;550 ℃时,位错滑移在应力松弛过程中起主要作用;600 ℃时,位错滑移、边界滑移和晶粒旋转控制着松弛过程。     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等3个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明:在1.0×108疲劳寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62 MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81 MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数K_(t1)=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数K_(t2)=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化了焊趾表面晶粒从而改善了MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

选区激光熔化制备Ti-6Al-4V合金的热处理工艺及力学性能

采用选区激光熔化技术(SLM)制备Ti-6Al-4V合金圆棒试样,通过不同的热处理工艺改善材料的拉伸性能,并对SLM制备的Ti-6Al-4V合金试样开展了高周疲劳性能测试。通过微观组织和疲劳试样断口分析,揭示了显微组织结构与拉伸性能的关系,以及Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹起始源和裂纹扩展机理。结果表明,热处理工艺对SLM成型Ti-6Al-4V合金的力学性能有显著的影响,920 ℃×1 h水冷,随后800 ℃×2 h炉冷的固溶时效热处理制度可以获得较好的综合室温拉伸性能。其室温组织为晶界上分布的α相和晶粒内部片层状分布的α+β相。SLM成型Ti-6Al-4V合金显微组织中的晶界形成与扫描路径相关,热处理过程中α相会优先在扫描分区搭接处析出。与手册锻件的疲劳寿命曲线比较,在同样的最大应力水平下,增材试样的疲劳寿命比锻件的疲劳寿命低,这种降低的趋势随着应力水平的降低而逐步增大。在400 MPa的应力水平下(R=-1),锻件的疲劳寿命已经在2×10⁷水平,增材试样的疲劳寿命依然较低,约为锻件的1%。SLM成型Ti-6Al-4V合金的应力疲劳寿命偏低,是由于试样中存在未熔合缺陷造成。扫描分区搭接处易产生未熔合缺陷,而疲劳裂纹也会沿着这些缺陷扩展。     

A-100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场研究

为研究A-100钢开缝衬套挤压工艺,提高孔的疲劳性能,使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样,研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明,由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σ_h),σ_h值随开缝衬套挤压过盈量(I_ce)增加而显著增大,当I_ce =0.4mm时,σ_h值可达-500MPa以上。未铰削的挤压试样,孔边缘残余压应力最大,可达到-680MPa,随着铰削量(R)的增大,σ_h降低,而当R=0.7mm时,σ_h仅剩余28%。保温10小时后,各点σ_h值均明显降低, 350℃下孔边缘σ_h仅存14%。     

15-5PH焊接件疲劳断裂特性研究

开展15?5PH焊接件在3种应力比分别为0.5、0.1、?1.0时条件下的高周疲劳试验,通过数据处理获得15-5PH焊接件在不同应力比下S-N曲线及疲劳强度。结果表明:15-5PH焊接件疲劳寿命随应力水平的增加而线性降低,该焊接件在应力比为0.5时疲劳强度最大,应力比0.1时次之,应力比为?1.0时疲劳强度最小。对断口进行分析表明,试样裂纹属疲劳裂纹,疲劳裂纹均起源于焊缝背面余高与母材的转角处,呈线源,线源上存在台阶;断口呈现解理特征和疲劳条带特征;焊缝余高表面可见鱼鳞纹,鱼鳞纹凝固形成深浅不一的表面形貌,裂纹由沟痕处起源,转角的大小和焊缝余高影响焊接件的疲劳寿命。     

新型Al-Zn-Mg-Cu铝合金疲劳性能及损伤断裂行为研究

采用旋转弯曲和轴向加载疲劳试验方法,研究了7A12铝合金的疲劳性能,并通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析了该合金的显微组织结构和疲劳断口特征。结果表明,7A12铝合金具有较好的疲劳性能,合金的疲劳极限随应力比的增加而增大,随应力集中系数的增加而显著降低;断口形貌具有典型的疲劳断口特征,由疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速断裂区三部分组成,裂纹萌生一般位于表面夹杂或缺口等缺陷引起的应力集中处。     

表层强度及其对疲劳的影响

光滑试件疲劳时因表面处于平面应力状态其屈服强度比整体材料低，首先发生滑移，因而造成疲劳损伤，达到一定疲劳周次后积累的损伤导致断裂，因而表层屈服强度和疲劳极限之间存在对应关系。缺口试件引入残余压应力，由于应力集中效应，缺口根部的残余应力集中系数可能高于理论应力集中系数，因而其疲劳强度将超过最高的光滑试件疲劳强度。考虑残余应力对裂纹扩展的作用时应计及其衰减的作用。     

Al-5Ti-1B细化剂对7A04铝合金半固态凝固组织的影响

本文研究了Al-5Ti-1B细化剂的不同添加量对7A04铝合金半固态浆料组织及二次凝固组织的影响。结果表明：添加0.1%的Al-5Ti-1B细化剂可以明显细化和圆整化7A04铝合金半固态浆料的初生α-Al颗粒,在630℃下,其平均颗粒直径和圆整度分别为71μm和0.49;随着Al-5Ti-1B细化剂含量高于0.1%,细化效果增加不明显;随温度升高,颗粒尺寸减小但圆整度也变差;添加Al-5Ti-1B细化剂可以使7A04铝合金半固态凝固组织中的α₂颗粒细化并圆整,但对α₃颗粒的直径与圆整度无明显影响。