GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

7075铝合金搅拌摩擦焊焊接接头在3.5％NaCl溶液中的腐蚀疲劳断裂机理

本文研究了7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头在3.5％NaCl溶液中的腐蚀疲劳断裂机理.研究发现,焊接接头的腐蚀疲劳裂纹萌生于焊核区(NZ)和热力影响区(TMAZ)交界处.多个裂纹源同时发展,并在扩展阶段沿NZ和TMAZ交界线融合成大裂纹.此外,不论是在腐蚀疲劳裂纹的萌生还是扩展阶段,腐蚀作用和循环荷载始终存在...     

热处理对TC4钛合金激光双束焊接接头疲劳性能的影响

基于飞机金属整体进气道典型件的T形接头在服役过程中因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,利用激光双光束焊接技术对TC4钛合金进行T形焊接后进行热处理,研究不同热处理方法对焊接接头显微组织特征、疲劳性能及断裂机理的影响。结果表明：双重退火热处理试件疲劳寿命是未经热处理试件的1.89倍,一次退火热处理试件疲劳寿命是未经热处理试件的1.43倍。疲劳断口分析表明,与未经热处理试件相比,热处理后试件疲劳裂纹稳定扩展区疲劳条纹间距降低,表明疲劳裂纹扩展速率降低,因此疲劳寿命增大。热处理后网篮组织中析出针状α′马氏体,试件抵抗裂纹萌生和扩展的抗力增强,促进试件疲劳寿命增大。     

TRIP800钢激光焊焊接接头的疲劳性能

对TRIP800钢以焊接速度为7mm/s,焊接功率为570 W,离焦量为-1mm进行激光焊接,焊接后的工件采用加载频率为8Hz、R=0的拉-拉循环加载的条件下,测定TRIP800钢激光焊后疲劳S-N曲线.得出其疲劳强度极限是σ-1=560 Mpa;通过对疲劳断口的扫描分析发现TRIP800钢板激光焊后宏观疲劳断口上有明显的三个区域,分别是疲劳源区、疲劳区和瞬断区.疲劳源开始于表面下的第二相处和表面的应力集中处,裂纹的扩展区为微孔聚集型断裂最终瞬断区发生纯剪切断裂.     

2219-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能

为了探讨2219-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳断裂位置与区域局部力学性能及材料微观结构之间的关系,对铝合金2219-T6搅拌摩擦焊接头开展了疲劳试验研究.试样接头疲劳断裂处大多位于焊核区与热机区交界处及临近区域,在裂纹萌生处的亚表面发现有大的夹杂.焊核区有明显微空洞,小角度晶界最多.利用ABAQUS软件数值模拟接头疲劳,分析了接头局部区域力学性能.接头的热机区和焊核区的主应变值较大,这些区域较其他区域更易萌生疲劳裂纹.     

AA6082铝合金MIG焊接接头组织和疲劳性能分析

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、疲劳试验机、显微硬度计等对AA6082铝合金焊接接头的微观组织、显微硬度和疲劳断口特征进行研究.结果表明:焊缝主要为树状晶的铸态组织,熔合区为柱状晶,母材显微组织中α(Al)固溶体基体上均匀分布着强化相Mg_2Si.接头热影响区宽度达到14 mm,存在软化区.对疲劳断口进行微观和宏观分析发现,AA6082铝合金熔化极惰性气体保护(MIG)焊接接头的断口具有解理断裂的特征,同时也有少量的韧性断裂特征,断口中存在解理台阶、韧窝和大量长短不等的二次裂纹.     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能及断口特征研究

对84mm轨道客车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能以及断口特征进行试验研究。结果表明,搅拌摩擦焊接头疲劳循环次数随施加载荷减小而增加,当N=107时,疲劳极限值为110MPa,且疲劳断裂主要发生在前进侧热机械影响区。在预制缺口、相同载荷应力条件下,焊核区疲劳循环次数达7.4万次,断口表现为沿晶断裂,裂纹由疲劳源向四周扩展,晶粒细化提高了焊核区疲劳寿命;而前进侧热机械影响区疲劳循环次数最少为2.5万次,裂纹沿晶界向焊核区方向扩展,扩展方式为沿晶和穿晶混合断裂,晶粒发生弯曲变形以及第二相粒子剥离是接头ATMAZ疲劳性能下降的主要原因。     

返修次数对S355J2W+N钢焊接接头疲劳性能的影响

试验对比分析了2次、4次以及6次返修焊对S355J2W+N焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊接返修次数增加会使接头疲劳寿命降低,6次返修的接头中值疲劳寿命与未经返修的接头相比降低43%。疲劳试样断裂位置分为在焊缝处断裂和在母材处断裂,断口均明显分成裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区3部分。     

建筑用抗震钢HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的低周疲劳性能

采用轴向应变控制方法,在MTS809拉扭复合疲劳试验机上开展了HRB400EⅢ级钢筋母材及焊接接头的低周疲劳试验,获得了母材及焊接接头的低周疲劳性能,如循环应力响应特征、循环应力-应变关系以及寿命预测公式等.通过断口电镜扫描发现,HRB400EⅢ级钢筋焊接接头的裂纹萌生于试件表面,且存在多处裂纹源.研究结果表明,焊接接头与母材的低周疲劳寿命及微观断裂机理方面均存在明显差异,并从力学性能变化的角度对引起差异的原因进行了解释.     

国产锰叉所取试样的多冲疲劳断裂过程的研究

本文报导了从五个炉号的高锰钢失效辙叉中取样进行的小能量多冲试验结果。用电镜、金相法研究了断裂过程及断口形貌。用俄歇谱仪法测定了晶界磷的偏聚。在该试验条件下多冲寿命 N 断约为3×10~4次。裂纹萌生所需周次 N 萌约占N 断的55%。宏观裂纹扩展速率为0.2～0.42μ/每周。疲劳裂纹始于试样缺口端部,逐渐扩展,为明显的穿晶断裂。断口上有明显的疲劳条纹特征。条纹宽度约为0.5～1.7μ。在瞬断区为沿晶断口。冶金缺陷(疏松、缩孔、夹杂物等)和显微组织对裂纹扩展有相当影响。另外,还用铸态未经水韧处理的试样作了对比试验。     

SEM in-situ investigation on fatigue cracking behavior of P/M Rene95 alloy with surface inclusions

The low-cycle fatigue behavior of powder metallurgy Rene95 alloy containing surface inclusions was investigated by in-situ observation with scanning electron microscopy （SEM）. The process of fatigue crack initiation and early stage of propagation behavior indicates that fatigue crack mainly occurs at the interface between the inclusion and the matrix. The effect of inclusion on the fatigue crack initiation and the early stage of crack growth was very obvious. The fatigue crack growth path in the matrix is similar to the shape of inclusion made on the basis of fatigue fracture image analysis. The empiric relation between the surface and inside crack growth length, near a surface inclusion, can be expressed. Therefore, the fatigue crack growth rate or life of P/M Rene95 alloy including the inclusions can be evaluated on the basis of the measurable surface crack length parameter. In addition, the effect of two inclusions on the fatigue crack initiation behavior was investigated by the in-situ observation with SEM.     

6005铝合金搭接接头组织及疲劳性能研究

采用熔化极惰性气体保护(MIG)焊对6005铝合金进行搭接焊接试验.对焊接接头进行微观组织观察和显微硬度测试,结果显示,熔合区出现联生结晶特点,焊缝中心以等轴晶为主,热影响区(HAZ)晶粒发生严重粗化,焊缝区的维氏硬度(HV)为64.5,母材区为89.6,接头出现明显软化区.在疲劳性能测试中焊接接头疲劳强度只有母材的2...     

AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能研究

利用高频疲劳试验机对AZ31B镁合金螺纹型缺口试样疲劳性能进行了试验研究,给出了本实验条件下的S-N曲线,得到循环基数为107的疲劳极限是15.3MPa,并与相同材料光滑试样疲劳性能对比.运用扫描电镜对断口形貌进行了观察,分析了断裂机理.经分析认为:AZ31B挤压镁合金螺纹型缺口试样高周疲劳的断裂过程包括裂纹萌生、裂纹扩展、最终断裂3个阶段,疲劳源主要发生在螺纹根部,为多发性裂纹源;裂纹扩展区微观断口具有典型的解理断口形貌,断裂表现为脆性断裂.     

索承式桥梁吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估

根据吊索镀锌钢丝腐蚀疲劳破坏特点,把镀锌钢丝腐蚀疲劳纹形成和扩展过程分解成镀锌层腐蚀失效、蚀坑萌生、蚀坑形成、短裂纹扩展、长裂纹扩展和断裂破坏等阶段,建立各阶段时间表达式,得到镀锌钢丝疲劳寿命表达式,提出基于断裂力学的吊索钢丝腐蚀疲劳寿命评估研究结果方法。通过算例分析复杂运营条件下腐蚀环境和应力幅等因素对吊索钢丝腐蚀疲劳寿命的影响,研究结果表明：吊索钢丝腐蚀疲劳寿命主要由钢丝镀锌层腐蚀、蚀坑发展和短裂纹扩展等3个阶段组成,为了准确地评估吊索腐蚀疲劳寿命,需要掌握大桥的运营环境和交通荷载。     

DZ125合金超高周疲劳微观裂纹萌生机制

DZ125合金具有优良的综合性能表现,已被广泛应用于燃气涡轮高温部件的铸造。关于DZ125合金的疲劳问题研究已有较多文献报道,但从微观断口分析的角度系统阐述该合金超高周疲劳裂纹萌生及失效机制的研究则相对较少。通过研究发现,随着疲劳强度的降低,疲劳数据离散性有增大的趋势;较小的疲劳应力（小于220 MPa）所对应的疲劳寿命并未有明显增加,上述特征与疲劳微观裂纹萌生机制的改变直接相关。在高应力作用下,疲劳裂纹倾向于从材料的表面或次表面萌生,巨型二次裂纹成为其断口形貌的主要特征;在低应力状态下,材料内部的孔洞缺陷是疲劳裂纹萌生的主要区域,并严重影响材料的疲劳寿命。驻留滑移带（PSB）可导致表面粗糙区的形成,成为裂纹尖端的主要特征。主裂纹与其他二次裂纹存在竞争关系,并最终引起疲劳断裂的发生。基于Murakami公式,DZ125合金在裂纹萌生阶段的平均应力强度因子为3.15 MPa·m^1/2,裂纹快速扩展阶段的平均应力强度因子和材料的断裂韧性（K_IC）分别为7.72和15.70 MPa·m^1/2。     

Metal magnetic memory testing for early damage assessment in ferromagnetic materials

In order to investigate the physical mechanism of metal magnetic memory testing, both the influences of earth magnetic field and applied stress on magnetic domain structure were discussed. Static tension and fatigue tests for low carbon steel plate specimens were carried out on hydraulic servo testing machine of MTS810 type and magnetic signals were measured during the processes by the type of EMS-2003 instrument. The results indicate that the initial magnetic signals of specimens are different before loading. The magnetic signals curves are transformed from initial random to regular pattern due to the effect of two types of loads. However, the shape and distribution of magnetic signal curves in the elastic region are different from that of plastic region in tension test. While in fatigue test those magnetic signals curves corresponding to different cycles are similar. The Hp (y) value of magnetic signals on the fracture zone increases dramatically at the breaking transient time and positive-negative magnetic poles occur on the two parts of fracture zone.     

高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度分析

针对高强螺栓裂纹尺寸与临界裂纹尺寸的概率密度函数相交可能发生疲劳破坏的问题,本文对高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型进行研究。分析了高强螺栓节点在腐蚀环境下的疲劳可靠度,并采用Gerberich-Chen公式,估算高强螺栓腐蚀裂纹扩展门槛值,同时基于断裂力学理论和结构可靠度理论,导出高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型,并以M24高强螺栓节点为例,对高强螺栓节点应力及受力进行计算,计算结果表明,螺栓最大使用应力为572MPa,高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度为0.994 5。该计算模型可以充分利用现有设计资料、数据,较方便地计算高强螺栓腐蚀疲劳可靠度,进而预测高强螺栓的疲劳寿命,为高强螺栓节点腐蚀疲劳计算分析提供了理论参考。     

焊接接头力学不均匀体断裂力学参量的数值分析

应用ＭＡＲＣ有限元分析软件对平板拉伸和三点弯曲试样焊接接头力学不均匀体的断裂参量──Ｊ积分进行了数值分析．考察了焊接接头不均匀裂纹体Ｊ积分的守恒性,以及不同裂纹长度、强度匹配和焊缝宽度在加载过程中对Ｊ积分及塑性区发展规律的影响．结果表明：焊接接头Ｊ积分具有守恒性,裂纹越浅,加载时塑性区越大,断裂韧性值越高．高匹配焊缝中的裂纹更容易进入浅裂纹状态,从而使高匹配焊缝具有较好的抗断性能．焊接接头强度匹配因子Ｍ对Ｊ积分值有很大的影响．焊缝宽度对Ｊ积分值也有影响．     

内聚力模型在裂纹萌生及扩展中的应用

断裂及开裂是工程中严重的结构失效形式.结合传统断裂力学中应力强度因子K以及J积分,综述了内聚力模型基本思想及发展,分析了典型的内聚力模型及模型应用的局限性,总结了不同内聚力模型在有限元中的实现形式,概述了国内外学者关于内聚力模型解决不同材料裂纹萌生与扩展的研究状况,得出了内聚力模型可以用以研究裂纹尖端塑性变形、静力和疲劳载荷条件下的蠕变开裂,以及金属、岩土材料及混凝土、复合材料及纳米晶材料裂纹萌生与裂纹扩展的结论.