GH536高温合金焊接接头疲劳裂纹萌生与扩展原位试验研究

采用原位疲劳试验方法,实时观察了GH536焊接接头疲劳裂纹的萌生和扩展行为,从而揭示了GH536焊接接头疲劳裂纹的萌生和扩展机制：疲劳加载过程中,位错沿滑移带在晶界前沿塞积,晶界阻碍位错运动,裂纹沿滑移带开裂,萌生疲劳裂纹;疲劳裂纹扩展初期,受单滑移的交替作用,裂纹呈“Z”字型向前扩展,随后裂纹的扩展逐渐以主应力控制为主,垂直于加载方向、平直向前扩展;GH536合金焊接接头组织中的晶界和碳化物会阻碍疲劳裂纹的扩展。     

A356铝合金中裂纹的萌生及其扩展

研究了A356铝合金在冲击载荷作用下的裂纹萌生及其扩展过程。结果表明：α-Al枝晶二次枝晶臂间板片状共晶体是材料中最薄弱的区域。该区域中尺寸最大的Si颗粒首先发生断裂形成裂纹源，而枝晶与枝晶间体积较大的块状共晶体强度相对较高，裂纹源不会首先在该区域;正确性同裂纹优先在板片状共晶体中传播，而块状共晶体对裂纹的传播有一定阻碍作用，要提高合金的力学性能就必须设法减少或消除薄弱的板片状共晶体的相对数量。建立了A356合金在啊大；和作用理生、长大及传播的模型，用这个模型解释了提高冷却速度以获得细晶粒的方法并不一定能提高合金的抗拉强度；相反，使用高效的晶粒细化剂能够减少或消除板片状共晶体，从而可能会提高合金的性能。     

超载系数对裂纹扩展的影响分析

以压水堆核电站一回路安全端含缺陷焊接接头为研究对象,利用扩展有限元(XFEM)研究了超载系数对异种金属焊接接头焊缝裂纹扩展速率的影响。结果表明,超载系数对裂纹扩展速率存在显著影响,在超载过程中裂纹扩展速率随超载系数的增大而增大,且超载后裂纹扩展速率低于超载前的速率,即超载会抑制裂纹的扩展。     

慢加载条件下氢对裂纹萌生与扩展的作用

在扫描电镜原位拉伸条件下，研究了氢原子对正火态的Ｃｒ－１Ｍｏ钢裂纹萌生与扩展的作用结果发现：氢原子使缺口根部韧性裂纹萌生时的临界塑变降低，并使裂纹的扩展方式从沿最大切应力方向的连续扩展改变成沿最大主应力面的跳跃扩展．试验未发现明显的氢致塑变特征．文中对氢原子的影响机理进行了分析．     

球墨铸铁热疲劳裂纹萌生和扩展行为研究

以球墨铸铁QT400-15为研究对象,研究上限温度在600~900℃范围内时其热疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明,热疲劳裂纹主要是在石墨与基体交界处或交界处附近萌生,氧化对裂纹的萌生和扩展起辅助作用。主裂纹从人工缺口出发,通过环形裂纹带、楔形或者条形裂纹与沿线裸露或者浅埋石墨连接,从而形成长裂纹。石墨的不圆整以及线性排列、上限温度超过共析转变温度均加速裂纹的萌生和扩展。     

基于Tanaka-Mura位错模型的疲劳裂纹萌生寿命预测

为了准确预测材料的疲劳寿命,提高结构疲劳寿命预测精度,对ABAQUS有限元数值模拟预测试样疲劳寿命的方法进行了研究. 基于Tanaka-Mura位错理论,利用python语言对ABAQUS进行二次开发,模拟预测了S960QL马氏体钢和Ti₂AlNb钛合金接头各区域疲劳裂纹萌生寿命. 利用泰森多边形法生成了晶体特征单元建立了微观子模型,考虑了体心立方结构相互垂直的两条滑移带作为潜在的裂纹萌生位置,并对具有相同取向的多条平行滑移带都进行了模拟计算. 通过计算得到的裂纹扩展速率变化,给出了裂纹萌生阶段过渡到裂纹扩展阶段的临界点处的裂纹萌生寿命. 模拟结果表明,除焊缝柱状晶组织外裂纹萌生寿命与试验数据吻合良好.     

Co-P合金镀层热疲劳裂纹萌生扩展的研究

对钢结硬质合金表面进行Co-P合金化学镀,对镀层进行25～680℃的热疲劳试验,研究了热疲劳裂纹在镀层的萌生与扩展特征。结果表明:热裂纹的出现包括孕育期、萌生期与扩展期;热裂纹优先在镀层表面应力最集中的区域萌生;在热裂纹萌生和扩展的同时伴随着氧化腐蚀,氧化腐蚀缩短裂纹的孕育期,促进裂纹的萌生。     

高强度桥梁钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率的研究

利用高频疲劳试验机对高强度桥梁钢的母材、热影响区和焊缝的疲劳裂纹扩展速率进行了测定,并结合疲劳扩展断口分析各部位疲劳裂纹扩展快慢的原因。结果表明,高强度桥梁钢焊接接头中焊缝裂纹扩展速率最低,抗疲劳裂纹扩展能力最高;母材疲劳裂纹扩展速率最高,抗疲劳裂纹扩展能力最差;热影响区介于二者之间。焊缝的疲劳断裂模式是以穿晶断裂为主,母材是以沿Z字形路径扩展的沿晶断裂为主,热影响区则介于两者之间。     

焊接接头延性裂纹扩展的数值模拟

用GTN损伤模型对30Cr2Ni4MoV转子钢焊接接头延性裂纹的扩展进行了有限元模拟.模拟得到的焊缝、母材和热影响区断裂韧性试样的载荷—位移曲线和J-△a阻力曲线与试验曲线吻合良好,以此确定了GTN模型中的材料损伤参数.结果表明,焊缝的裂纹扩展阻力最低,热影响区最高,母材居中;当初始裂纹位于母材和热影响区界面时,裂纹偏向强度和扩展阻力较低的母材一侧扩展,其阻力曲线和母材相似;当初始裂纹位于热影响区和焊缝界面时,裂纹向焊缝一侧偏离且沿着界面扩展,阻力曲线较焊缝稍有降低.     

含横向裂纹的力学不均匀焊接接头的J积分研究

利用MARC有限元程序提供的Delorenzi虚拟裂纹扩方法计算了平面应力条件下不同强度匹配的含横向裂纹的焊接接头模型在不同载荷下的广义J积分并对其进行了修正。通过对焊缝与母材的强度差别及积分路径中包含的焊缝与母材界面长度的修正,得到了适用于含横向裂纹的力学不均匀焊接接头的修正J积分。     

A356合金原位拉伸裂纹萌生与扩展行为分析

采用扫描电镜原位拉伸观察了电解低钛A356合金铸态下裂纹萌生与扩展特征。结果表明:铸态A356合金裂纹优先萌生于二次枝晶臂间薄弱的共晶体区、大块的共晶硅相处;裂纹的扩展主要是微裂纹易沿着共晶体与基体界面扩展,合金组织中的共晶硅相对裂纹的扩展有一定的阻碍作用,当裂纹与共晶硅颗粒相遇时,扩展方向发生偏离而转向裂纹尖端前沿处有共晶体区开裂、共晶硅相发生断裂、或与基体界面发生分离的更薄弱区。     

2397合金高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为

研究了2397-T87铝锂合金的高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。结果表明:在应力比R=0.1时,2397-T87铝锂合金L方向、LT方向和ST方向光滑试样(K_t=1.0)的疲劳寿命极限分别约为192,243和151 MPa;缺口试样(K_t=3.0)的疲劳寿命极限分别约为72,78和70 MPa。其疲劳裂纹主要萌生于试样表面,以及氧化物、夹杂等脱落形成的空洞,Al(CuFeMn)第二相杂质粒子。驻留滑移带(PSB)和晶粒取向对其疲劳裂纹早期扩展有重要影响。     

海洋工程焊接结构疲劳小裂纹扩展观察与表征

海洋工程焊接结构中不可避免地存在焊接缺陷,由焊接缺陷引起的疲劳裂纹扩展是导致海洋工程结构失效的主要原因。文中针对海洋工程焊接结构小裂纹的疲劳裂纹扩展行为表征和计算方法进行研究,小裂纹的疲劳裂纹扩展行为与宏观长裂纹明显不同,随着裂纹长度的增加,呈先降低后增加的V形变化趋势。考虑裂纹扩展的闭合效应,提出了等效应力强度因子可以很好地反映小裂纹的疲劳裂纹扩展速率变化规律。     

焊接结构件疲劳裂纹扩展的数值研究

为准确描述焊接结构的疲劳裂纹扩展行为,基于Abaqus、Zencrack及相应子程序建立了考虑材料不连续的疲劳裂纹扩展模拟方法. 对于初始埋藏裂纹位于焊缝区的平板焊接结构,考虑焊缝和母材不同强度匹配,进行疲劳裂纹扩展模拟,研究了不同强度匹配对焊接结构疲劳裂纹扩展寿命和扩展特性的影响. 研究结果表明,当裂纹前缘由焊缝跨越至母材区域时,焊缝和母材区域的应力强度因子计算结果出现明显变化,并随着裂纹尺寸的逐渐加大,两者差异越大. 随着焊缝材料裂纹扩展参数逐渐增大,母材区域的裂纹扩展相对速率逐渐变慢,裂纹形状逐渐由圆形向扁平状椭圆形过渡;相反地,母材区域的裂纹扩展相对速率逐渐变快,裂纹形状逐渐由圆形向椭圆形过渡. 文中的模拟方法有望为准确预测焊接结构的跨材料裂纹扩展行为提供有效途径.

     

2Cr13钢的疲劳裂纹萌生与扩展行为

通过对2Cr13钢进行疲劳裂纹萌生与扩展速率试验,获得该钢在两种不同调质处理下的疲劳裂纹萌生寿命Ni的回归方程、疲劳裂纹萌生门槛值以及裂纹扩展速率da/dN表达式。结果表明,与970℃淬火+710℃回火×6h工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火×5h处理后的缺口疲劳裂纹萌生抗力有所改善;当应力强度因子较低时,在640℃×5h回火时的2Cr13钢的疲劳裂纹扩展抗力稍好一些;当应力强度因子较高时则反之。     

钢结硬质合金热疲劳裂纹萌生扩展机理探讨

对GJW50钢结硬质合金进行了20℃-680℃的热循环试验,研究了该合金热疲劳裂纹萌生及扩展机理,重点研究裂纹在其宽度方向上的扩展机理。结果表明：经过一定次数的冷热循环后,与缺口边缘垂直方向萌生多条平行裂纹,其中在缺口尖端处与热循环方向平行的一条微裂纹发展成为主裂纹。裂纹在萌生过程中伴随着严重的氧化腐蚀,二者相互影响,氧化腐蚀促进裂纹的萌生。在主裂纹长大的过程中,与主裂纹平行方向和垂直方向同时萌生多条相互平行的微裂纹;这些微裂纹随着循环次数的增多而长大,最终与主裂纹相连相通,形成主裂纹在宽度方向上的扩展。     

ADB610钢焊接接头概率疲劳裂纹扩展分析

采用焊条电弧焊方法对ADB610钢进行焊接,对焊接接头进行疲劳裂纹扩展试验,研究其概率疲劳裂纹扩展规律.采用两步七点递增多项式拟合方法,计算了一系列相同裂纹长度下母材区、热影响区和焊缝区的对数裂纹扩展速率方差和存活率分别为50%,90%,95%,99%,99.9%的裂纹扩展速率.结果表明,总体上母材区的裂纹扩展分散性最小,热影响区其次,焊缝区分散性最大;而且总体上存活率相同时,在裂纹扩展的初期,母材区的裂纹扩展速率最快,焊缝区的裂纹扩展速率最慢;在裂纹扩展末期,三区域的裂纹扩展快慢相当;随着存活率增大,三区域裂纹扩展快慢差别不大时所对应的裂纹长度减小.     

2524-T34合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为

通过四点弯曲疲劳试验研究2524-T34板材的疲劳性能,借助金相和扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明:2524合金具有良好的疲劳性能,疲劳强度达到屈服强度的80%以上;疲劳裂纹主要在第二相粒子以及第二相粒子/基体界面萌生,裂纹扩展过程中的偏转与晶界的阻碍有关;相邻晶粒内两个有利滑移面之间的位向差是控制裂纹通过晶界扩展的重要因素。