温预加载对材料断裂韧性的影响

通常认为含裂纹体经预加载处理后所产生的残余压应力,是导致结构强化的主要原因。试验发现在没有残余压应力产生的情况下,仍有明显的强化效果。经理论分析,笔者认为把温预加载处理的主要作用说成是预加载时所产生的塑性变形能够改变再加载时的应力状态更为恰当。残余压应力与裂纹尖端钝化都能起到改变再加载应力状态的作用。温预加载处理对含裂纹体在上平台温度条件下发生的破坏有无强化作用,是本文所关心的另一个问题。试验结果表明,此时非但没有强化作用,且使材料的韧性下降。这是由于在这种情况下发生的延性断裂,受塑性变形控制,不受应力控制,因而应力状态的改变不能起到强化作用。相反由于预加载时产生的塑性变形,消耗了材料部分塑性与韧性储备,使得材料再变形的能力下降。最后本文还就试验结果的应用进行了讨论。     

条形微裂纹对16MnR钢解理断裂韧性的影响

在常温下对热轧16MnR低合金钢缺口试样进行了不同预加载荷的正反弯曲试验,以在缺口前引入不同尺寸的条形微裂纹,然后通过高温回火消除残余应力和加工硬化,随后在—196℃下进行4点弯曲断裂试验,研究了条形微裂纹尺寸对缺口试样解理断裂韧性的影响。结果表明:当预载荷比(P₀/P_gy)小于0.861时,预载荷对解理断裂韧性影响较小;当预载荷比大于0.861后,条形缺陷在外加载荷作用下撕裂而形成的条形微裂纹,并且随预载荷比的增大条形微裂纹数量增多、尺寸增大、分布区域扩大,断裂载荷、断裂吸收功随预载荷比的增加而迅速下降;条形微裂纹所引起的局部高应力应变范围增大,使解理起裂源分布范围增大,也造成了缺口韧性参数P₁和W数值的分散。     

2024铝合金喷丸残余应力松弛规律研究

喷丸残余压应力能有效提高材料的抗疲劳性能,但服役过程中残余压应力不稳定,会出现松弛。为深入研究喷丸残余压应力的松弛规律,对喷丸2024铝合金标准拉伸试样在两种拉伸载荷强度下进行疲劳试验研究,采用基于cosα法的μ-X360n型X射线衍射仪分析了残余应力在疲劳过程中的变化规律。结果表明：在载荷10 kN时,残余压应力出现了常规松弛,即在首次循环加载后残余压应力大幅度下降,在剩余的疲劳加载过程中,残余压应力基本保持不变或缓慢下降,且引入的残余应力分布始终同初始分布保持一致;在载荷15 kN时,残余压应力出现了反向松弛,即在首次循环加载后残余压应力变为残余拉应力,残余应力分布由初始的“√”型分布变为了近似于一条直线分布,由内向外逐渐减小。为描述喷丸残余压应力的松弛行为及过程,在已有试验模型基础上,提出了考虑喷丸表面状态的残余应力松弛模型。     

TiAl金属间化合物基合金压缩断裂行为

通过对压缩试样的加载-卸载以及加载-卸载-再加载等试验和相应的裂纹观察、断口观察,详细研究TiM金属间化合物基合金压缩断裂行为.研究结果表明:压缩预加载产生的损伤对压缩断裂行为没有影响,然而对后续的拉伸断裂行为则产生影响,一定程度上大大降低其拉伸断裂应力.对全层和双态组织来说,剪切开裂首先产生于顶面或底面,在压缩试验中顶面和底面的切应力是主要的控制因素.最终的断裂是由顶面和底面产生的剪切裂纹扩展到试样中部并相互连接而诱发.对于双态组织(Duplex,DP)和全层组织(Fully lamellar.FL)来说,纵向开裂的形成原因不同.压缩和拉伸性能的巨大差异是由于其断裂机理不同引起,拉伸试验断裂主要是由正应力控制,然而压缩试验中断裂主要是由切应力控制.     

X射线衍射方法分析粗晶铁硅合金的残余应力

尝试采用Imura等提出的单晶材料残余应力的测量方法来分析拉伸不同程度后粗晶铁硅合金的残余应力,先利用衍射仪测得试样衍射峰的位置后,再根据晶面指数和Imura方法计算出残余应力的大小。结果表明:该方法可以用于粗晶材料残余应力的测定;随着拉伸变形量的增大,各个衍射晶面的半高宽随之增大;当晶面位置参数精度为0.25°、衍射角精度为0.01°时,计算的应力状态基本符合试样拉伸后应力状态的理论值。     

论渗碳钢中残余压应力的作用

本文研究结果表明,渗碳钢淬火形成的残余压应力对提高疲劳强度、多次冲击抗力、疲劳断裂韧性、宏观疲劳裂纹萌生与扩展寿命,降低疲劳缺口敏感性,和疲劳载荷抑制脆性等均起着主要的作用。表层材料强度或硬度与残余应力的相关性在于高的表层材料强度或硬度能减小残余应力的衰减,有助于发挥残余应力对疲劳性能的有利作用。长期以来对渗碳钢中微观组织和残余压应力作用的含混看法得到了澄清。     

用线弹性和弹塑性方法确定断裂韧性

用线弹性和弹塑性方法测定了二种Ni-Cr-Mo钢的断裂韧性,从对线弹性/理想塑性的载荷位移曲线的计算以及从实验结果得知:应该采用Merkle和Corten关系来计算紧凑拉伸试样的J积分。用来确定临界J值的外推法,含有某些问题。作为一种选择,建议测定离钝化线一个固定距离的J。从J计算的以及从线弹性方法计算的应力强度因子之间的比较表明:线弹性断裂力学可以使用比金属材料平面应变断裂韧性试验方法ASTM(E 399-74)所规定的尺寸小得多的试样。等价能量法和用不同的夹式仪在离裂纹尖端的不同距离处测定的裂纹尖端张开位移给出了与J积分方法一致的应力强度因子。     

残余拉应力对304不锈钢电化学腐蚀行为的影响

将304不锈钢制成U型弯曲试样并卸载,对卸载后拉伸面的残余应力进行了测试,研究了不同曲率半径(即不同残余拉应力)弯曲试样拉伸面在稀硫酸溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:卸载后U型弯曲试样拉伸面的残余应力为拉应力,残余应力值随曲率半径的减小而增大;随着残余拉应力的增大,试样的致钝电流密度逐渐增大,维钝电流密度也随之增大,钝化膜的修复能力减弱,抗孔蚀能力变差;残余拉应力越大,位错密度越高,腐蚀电流也越大。     

42CrMo4钢疲劳裂纹扩展时的残余应力及其变化

对４２ＣＣｒＭｏ４钢质调质试样疲劳裂纹扩展时的表面残余应力测定表明，在裂纹尖端前方和裂纹两则一定范围生成残余应力，裂纹尖端处压应力最大。随着裂纹的扩展压应力范围增大，最大压应力增加，表明残余应力始终处于一动态再分布过程中，与裂纹尖端区域的塑性变形直接相联系。裂纹扩展时残余应力的真实分布状态，按理想模型已不能作出圆满描述。由于裂纹尖端塑性变形区较小，选用合适的Ｘ线光栅孔长测的残余应力较为真实。     

7055-T7751铝合金预拉伸板内部残余应力分布评估

应用裂纹柔度法测量了7055-T7751铝合金预拉伸板的内部残余应力。结果表明,该板材内部残余应力近似呈外压内拉的"W型曲线"分布,其中,轧制方向最大残余拉应力约为31.3 MPa,最大残余压应力约为-23.7 MPa,宽度方向最大残余拉应力约为7.1 MPa,最大残余压应力约为-12.8 MPa。相比较于其他典型7×××系列铝合金预拉伸板,7055作为目前合金化程度最高、强度也最高的铝合金,在提高性能的同时,内部残余应力也相应提高,导致加工变形较大。     

超声冲击处理对S355钢表层组织及力学性能的影响

通过超声冲击处理技术对S355钢表面进行处理,分析不同处理时间对材料显微组织、表层残余应力及拉伸性能的影响规律。结果表明,超声冲击处理能够有效地消减S355钢的残余拉应力,引入残余压应力,且引入的残余压应力随着超声冲击时间的增加而增加,在冲击时间达到10 min时,x轴、y轴的残余应力消除值分别为194.81、200.46 MPa。此外,超声冲击处理能够提升材料的抗拉强度和屈服强度,在冲击时间为10 min时,抗拉强度和屈服强度分别增加了16、13 MPa。经超声冲击处理后,试样表层晶粒得到了细化,且观察到明显的加工硬化层。超声冲击处理后材料内部位错密度增加、晶粒细化是导致残余拉应力转变为残余压应力和拉伸性能提升的本质原因。     

滚压后残余应力对调质钢疲劳性能的作用

设计了特殊的拉伸滚压装置,使试样在不同的拉伸应力状态下进行滚压。在卸载后可形成不同的残余压应力,这就有可能使表层硬度和表面光洁度保持恒定,单独变化残余应力的分布,以考察其对疲劳性能的影响。试验结果表明,调质钢在表面滚压后,过高的残余压应力对疲劳极限没有贡献,这是由于软材料中高的残余压应力与载荷中压应力迭加超过屈服强度而发生松弛的缘故。调质钢试样滚压后硬度的增加对提高疲劳极限起了重要的作用,但松弛后的残余应力对疲劳极限也有贡献。用Fuchs提出的判据来检查残余应力的静载松弛,必须考虑到表面层经滚压后的硬化作用。     

高超载比超载对Q345钢的疲劳性能的影响

采用Q345钢制作成紧凑拉伸试样,并在裂纹萌生后进行超载.通过疲劳裂纹扩展试验,研究高超载比超载对疲劳裂纹扩展速率的影响,分析其延寿机理.研究发现:较高的超载比使试样引入了残余压应力,使得有效应力强度因子降低至应力强度因子门槛值附近.可以降低疲劳裂纹扩展速率,抑制裂纹扩展,延长试样的疲劳寿命,通过此方法提高了含裂纹结构的使用寿命.     

非理想情况下薄膜Oliver&Pharr压入硬度的校正

通过量纲分析及有限元数值计算,提出了Berkovich压头尖端钝化情况下残余压应力场中薄膜Oliver&Pharr压入硬度的校正公式及相应校正程序.根据该方法,只要测定薄膜纳米压入加卸载曲线、薄膜中的残余压应力及压头的相对钝化量,便可最终确定理想压头下无残余应力时的薄膜硬度.     

非理想情况下薄膜Oliver&Pharr压入硬度的校正

通过量纲分析及有限元数值计算,提出了Berkovich压头尖端钝化情况下残余压应力场中薄膜Oliver&Pharr压入硬度的校正公式及相应校正程序。根据该方法,只要测定薄膜纳米压入加卸载曲线、薄膜中的残余压应力及压头的相对钝化量,便可最终确定理想压头下无残余应力时的薄膜硬度。     

高干涉量压合衬套强化铝合金孔结构的疲劳性能

分别采用高干涉量压合衬套单侧挤压强化和两侧挤压强化两种工艺对7050铝合金孔结构进行强化,研究孔结构的残余应力和疲劳性能,并采用梯形累积法由疲劳断口定量反推出疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命。结果表明:孔结构中形成深度达12mm的残余压应力场,单侧挤压强化试样挤入端的残余应力显著低于挤出端的,两侧挤压强化试样挤入端和挤出端的残余应力相当;单侧挤压强化试样和两侧挤压强化试样的平均疲劳寿命比未挤压强化试样的分别提高了770%和1 500%,高干涉量压合衬套强化技术具有显著的疲劳强化效果,且双侧挤压强化的效果更好;高干涉量压合衬套强化技术可同时提高孔结构的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,且萌生寿命提高的幅度更大。     

冷胀提高6005铝合金疲劳寿命的机理

针对冷胀对6005铝合金疲劳裂纹产生和扩展的影响,用单边预切口试样研究了含缺陷结构冷胀后的疲劳寿命,分析了不同情况下新裂纹产生的循环数;并用ANSYS软件进行了数值模拟,确定冷胀产生的残余应力场和塑性区及在不同参数下冷胀度对其的影响.结果表明:孔径和冷胀度对最大残余压应力值影响不大,都在材料屈服强度1～1.1倍的限定范围内,而冷胀度对塑性变形区和残余压应力区大小的影响则非常显著.     

疲劳损伤钢件延寿机理及效果

在恒应变ε=±0.5%和ε=±0.8%控制下,对淬火和600℃回火的40Cr钢试样进行疲劳循环加载,求得存活率为90%时的寿命Nf,将另一组试样疲劳加载到少于Nf的不同周次,在保护介质下550℃加热2小时(称为修复退火)后,测残余疲劳寿命。当损伤主要是微观结构变化时,退火效果随损伤周次增加而提高。其原因是存在试样中的应变能在修复退火中作为附加的驱动力,促使微观组织向均匀和稳态转变,延缓了碳化物界面裂纹的形成。但当损伤促使微观裂纹形成时,退火不能使其愈合,修复效果降低,所以有一个最佳的修复退火时机。此时进行修复退火,使疲劳总寿命提高2倍。但对高周次疲劳损伤,进行修复退火不能愈合裂纹和延长寿命。对它进行中温热静等压(hotisostaticpressure,HIP)处理,可提高总寿命2.4倍。中温热静等压使试样表面硬度、残余压应力都增加,可减缓微裂纹的萌生和扩展。试样的电阻率变化能够检测微观结构疲劳损伤程度和修复效果。     

S38C车轴表层梯度材料的疲劳裂纹扩展性能研究

为研究S38C车轴表层梯度材料的疲劳裂纹扩展性能,直接从现车车轴截取试样,保持实际车轴表层具有的显微组织、硬度及其残余应力呈梯度变化的情况,采用三点弯曲加载方法,检测疲劳裂纹在硬化层、过渡层和芯部基体的扩展性能。结果表明,随着表层裂纹长度的增加,疲劳裂纹扩展速率呈现先增加后减小最后增加的趋势。通过测量不同表层深度位置的残余应力分布,发现距车轴表面深度0～3 mm内存在较大的残余应力压应力,使得疲劳裂纹扩展需要更大的驱动力,而距车轴表面深度3 mm后转变为拉应力,对疲劳裂纹扩展没有影响。     

国产奥氏体不锈钢06Cr19Ni10（S30408）拉伸试验研究

对国产奥氏体不锈钢06Cr19Ni10进行室温单向拉伸试验,研究了预应变量和变形速度等对材料强度、韧性等力学性能的影响。试验结果表明,不同预应变量及不同变形速度对材料的力学性能均有不同程度的影响。预应变处理能提高材料的屈服强度和抗拉强度,但同时会降低其塑性;提高拉伸速度能提高材料的屈服强度、降低抗拉强度、提高屈强比且能明显降低试样的断裂伸长率。