TC21合金315℃高周疲劳光滑和缺口试样断口分析

开展了TC21研究合金光滑和缺口试样的315℃高周疲劳实验,并对疲劳断口进行详细观察,研究了缺口对TC21合金疲劳寿命的影响.结果表明,光滑和缺口试样的疲劳强度比值随循环寿命降低而降低;光滑试样的失稳疲劳裂纹长度随循环应力升高而降低;瞬断区所承受的断裂应力随循环应力升高而降低;这说明裂纹失稳决定试样的断裂,缺口试样断口有多个裂纹源,以缺口试样名义应力乘以应力集中因子与光滑试样的应力相等作为比较时,缺口试样主裂纹长度大于光滑试样的裂纹长度,缺口试样的裂纹扩展寿命更长.     

Ti—25Al—10Nb—3V—1Mo合金的高周疲劳性能及断裂特征

实验测定了Ｔｉ－２５Ａｌ－１０Ｎｂ－３Ｖ－１Ｍｏ合金６５０℃下高周疲劳Ｓ－Ｎ曲线及热暴露后合金的疲劳性能。结果表明，Ｔｉ－２５Ａｌ－１０Ｎｂ－３Ｖ－１Ｍｏ合金具有较高的疲劳强度，可以满足转子零件的要求。对比光滑和缺口试样的高周疲劳性能，可以看出该合金缺口敏感程度高，且随着应力水平的增加而增大。     

表面再结晶对定向凝固DZ4合金疲劳行为的影响

对表面通过喷丸预变形后的定向凝固DZ4板材试样进行1220℃/4h的热处理,以在板材试样表面形成再结晶层.在760℃下进行疲劳试验,以研究表面再结晶层对定向凝固DZ4合金板材的疲劳性能的影响.结果表明,表面有再结晶层的定向凝固DZ4板材试样的疲劳性能大大降低,且疲劳寿命随着再结晶层深度的增大而降低;断口观察表明,疲劳裂纹均起源于表面的再结晶区或其与基体的界面.通过有限元模拟对含再结晶区的板材试样的损伤演化行为进行模拟,结果表明再结晶区的存在改变了试样表面的应力场分布,再结晶区与基体的界面上的应力最大,裂纹一般从此处萌生,并向表面和基体扩展.     

缺口对7A85铝合金拉伸性能和疲劳性能的影响

在光滑试样表面预制深度为0.1 mm和0.2 mm的环状缺口，研究了不同缺口尺寸对7A85铝合金拉伸性能和疲劳性能的影响，并分析了7A85铝合金含缺口试样的疲劳断裂机理。结果表明，随着缺口深度由0 mm增加至0.2 mm, 7A85铝合金试样的抗拉强度、断后伸长率和疲劳强度分别下降了6%、47.5%、44.4%。缺口对7A85铝合金塑性的影响远大于拉伸强度，且其抗拉强度与疲劳强度呈线性关系。试样疲劳缺口系数随着缺口尺寸和循环次数的增加而增大。7A85铝合金试样的疲劳裂纹源通常是富铁的第二相颗粒，环状缺口根部应力集中促进了多疲劳裂纹源萌生，多个裂纹源同时扩展使得试样有效承载面积快速减少，导致疲劳寿命急剧缩短。     

C—Mn钢焊接接头的解理断裂应力的研究

测定了Ｃ－Ｍｎ钢焊接接头不同焊缝百分含量ｗ％的光滑试样,缺口试样和裂纹试样的解理断裂应力,发现不同试样有两个解理断裂应力表征了解理断裂起裂于母材、焊颖两区。而且发现裂纹试验解理断裂应力比缺口试样高,缺口试样解理断裂应力比光滑试样高,其原因是因为裂纹试样解理断裂临界事件最小,光滑试样最大。     

17-4PH末级长叶片叶根的疲劳强度与缺口效应

采用成组法和升降法开展了室温某17-4PH末级长叶片叶根纵、横方向光滑与缺口试样的疲劳试验,获得了两个方向上材料的S-N曲线,并对典型疲劳断裂试样进行了断口宏微观形貌观察。结果表明:叶片叶根纵、横方向的疲劳强度基本一致,在长寿命区,纵向疲劳强度略高于横向;光滑试样的疲劳断裂主要呈现单裂纹源特征,而缺口试样呈现多裂纹源汇聚的断裂形貌。结合试样缺口根部的弹塑性应变分析,进一步讨论了叶片叶根纵、横方向的疲劳缺口效应。     

石油钻杆材料G105在不同条件下的疲劳断裂

采用国产PQ-6型旋转弯曲疲劳试验机研究钻杆管体材料G105的弯曲疲劳性能以及H_2S腐蚀和缺口对试样弯曲疲劳性能的影响,利用金相显微镜和扫描电子显微镜对光滑试样断口、缺口试样断口以及H_2S腐蚀后试样断口进行微观形貌分析。结果表明:在光滑试样的疲劳极限载荷作用下,经过H_2S腐蚀后的光滑试样的疲劳寿命和缺口试样的疲劳寿命相当,材料的疲劳寿命都从106降低至104;缺口试样在缺口的高应力集中效应下,加快疲劳裂纹形核过程。H_2S腐蚀对钻杆疲劳性能影响的主要作用在于氢原子在材料内缺陷处聚集引起材料疲劳性能降低,缺口和H_2S腐蚀都会加快疲劳裂纹的扩展。材料疲劳断裂主要是因为试样在交变应力的作用下上产生滑移最后致使位错塞积而导致的。     

Stellite12钴基合金的疲劳性能及其断裂机理研究

采用三点弯曲疲劳法测得光滑试样和直缺口试样的S-N曲线以研究Stellite12钴基合金的疲劳性能,并通过断口形貌观察进一步探究该钴基合金的断裂过程。结果表明:光滑试样的疲劳极限为545 MPa,约为原始抗弯强度1552 MPa的25.4%;直缺口试样的疲劳极限约为101MPa,约为静态抗弯强度517.6MPa的19.1%。对于疲劳敏感性,光滑试样与直缺口试样的疲劳敏感性分别为397和31。此外发现疲劳裂纹多萌生于近表层聚集的碳化物处,同时表面缺陷也可诱发疲劳裂纹的萌生。疲劳裂纹的扩展主要表现为碳化物的穿晶断裂,钴基体在应力比R=0.1的疲劳加载条件下虽表现出一定的韧性且呈现出较多的撕裂脊,但也呈现出一定的脆性断裂模式,因此疲劳裂纹扩展模式为真疲劳与静态疲劳的混合模式。     

HQ785C钢示波冲击特性的缺口效应研究

采用示波冲击试验方法，研究了ＨＱ７８５Ｃ钢的夏比Ｖ型缺口、线切割缺口和预疲劳裂纹３种类型试样在冲击断裂过程中各部分能量与温度的关系。分析了各部分能量随温度变化的规律。试验结果表明，预疲劳裂纹试样的脆性转变温度比线切割缺口试样和夏比Ｖ型缺口试样分别提高约２０℃和４０℃。     

残余压应力场中疲劳裂纹的止裂

20Cr钢在不同缺口尖锐度下滚压后疲劳试验结果表明,滚压强化明显提高缺口试样的疲劳极限,其作用高于光滑试样,缺口越尖锐强化效果越显著。在缺口滚压试样疲劳断口上出现裂纹扩展速率快—慢—快的变化。缺口试样滚压后在疲劳极限下运行出现非扩展裂纹。     

缺口应力集中系数对TC4 ELI合金低周疲劳性能的影响

研究了缺口应力集中系数不同的深海潜水器耐压壳用TC4 ELI(Extra-low-interstitial)合金板材在恒总应变幅控制下的低周疲劳行为。结果表明,在应变幅较低(0.7%以下)和应变幅较高(0.8%和0.9%)条件下的光滑试样在循环初期分别发生了循环硬化和循环软化,而缺口试样在0.2%～0.7%应变幅条件下的循环初期均发生了循环硬化。通过循环载荷作用下材料滞回能的变化描述了TC4 ELI合金试样低周疲劳的损伤程度,得到了缺口应力集中系数与低周疲劳性能参数之间的关系,建立了相对裂纹萌生寿命预测模型。利用该模型能较好地预测缺口应力集中系数较低的TC4 ELI合金在高应变幅条件下的相对疲劳裂纹萌生寿命。     

LC9CGS3铝合金光滑与缺口疲劳试样在不同载荷条件下的断裂行为

用ＳＥＭ电镜观察分析了ＬＣ９ＣＧＳ３铝合金在不同载荷下光滑与缺口疲劳试样的断裂行为。结果表明：两种试样的疲劳裂纹均为两阶段扩方式，而且疲劳裂纹Ⅰ阶段扩民菜区面积随应降低而增大。     

陶瓷基复合材料（SiCw／Y—TZP）在循环压应力下的疲劳裂纹扩展

研究了碳化硅晶须（ＳｉＣｗ）增强，Ｙ２Ｏ３稳定的ＺｒＯ２四方多晶体（Ｙ－ＴＺＰ）复合材料（ＳｉＣｗ／Ｙ－ＴＺＰ）在循环压应力作用下的疲劳特性，单边缺口弯曲试样在纵向循环压应力作用下缺口根部产生垂直于压应力的Ｉ型裂纹，类似于金属材料，在室温下循环应力导致Ｉ型裂纹的稳定扩展。压应力在缺口根部产生的不可逆损伤区在循环卸载过程中形成较大的残余拉伸应力场，使裂纹萌生并长大，同时，裂纹面产生的碎粒及晶须拔出导     

DZ125定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究

研究了常规热处理和长期时效状态的DZ125定向凝固高温合金在室温和700℃下的超高周疲劳特征及其差异。利用超声疲劳试验机测试了合金的超高周疲劳性能,采用扫描电镜研究了合金的疲劳断口特征,借助电子探针和纳米压痕测量仪分别测试了合金枝晶间和枝晶干的成分和弹性模量。结果表明:两种热处理制度下DZ125合金的枝晶间和枝晶干的弹性模量以及合金元素分配和偏析比差异不大;DZ125合金在700℃下的超高周疲劳性能低于室温,合金在室温下存在明显的频率效应,但在700℃下不存在频率效应;室温和700℃下,合金经过长期时效后的疲劳性能均有所降低,特别在700℃下合金性能降低得更多。室温下,DZ125合金的两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的表面;700℃下,两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的亚表面。     

2D-C/SiC缺口试样的拉-拉疲劳损伤

研究了二维正交编织C/SiC双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2D-C/SiC复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.     

陶瓷基复合材料在循环压应力条件下的疲劳研究

本文对ＳｉＣ颗粒及部分稳定ＺｒＯ２复合增强Ａｌ２Ｏ３基陶瓷材料在循环压载荷作用下的疲劳特性进行了研究。带有缺口的试样在循环压应力的作用下，缺口根部将产生一条垂直于压应力轴的疲劳裂纹。压应力在缺口根部产生的局部不可逆损伤在卸载过程中会形成较大的残余拉应力，这使得裂纹形核并逐渐长大。而随着裂纹的长大，闭合效应逐渐增加，最终导致裂纹扩展完全停止。试样缺口长度和疲劳试验参数对裂纹的扩展速度和最终长度有较大     

3.5%NaCl腐蚀环境下2种航空铝合金材料疲劳性能试验研究

腐蚀环境下的疲劳性能是航空金属结构疲劳寿命设计的重要前提,为此,试验测定了2种航空铝合金材料（2E12-T3、7050-T7451）的光滑试样和缺口试样在干燥大气和3.5%NaCl腐蚀环境下的疲劳性能,在试验数据的基础上进行性能对比,并对试样断口进行扫描电镜（SEM）分析,研究了3.5%NaCl腐蚀环境与载荷联合作用对腐蚀疲劳性能的影响机理,研究结果表明:3.5%NaCl腐蚀环境对2种铝合金材料的疲劳性能均产生不利影响,且腐蚀与疲劳载荷的交互作用随着应力水平的降低而增强,疲劳性能下降更明显;与光滑试样相比,腐蚀环境对铝合金2E12-T3缺口试样疲劳性能的影响更大,但对铝合金7050-T7451缺口试样疲劳性能的影响却变小;在腐蚀环境下,裂纹尖端易发生电化学反应产生腐蚀产物和[H]离子,腐蚀产物的存在会阻碍裂纹闭合,同时,[H]离子导致裂纹尖端的氢脆效应,加快裂纹扩展,使疲劳性能降低。     

TA5钛合金冲击断裂时的裂纹扩展特征

TA5钛合金板材,经840℃退火处理,加工成10×10×55(mm)的夏比V型缺口试样和预制疲劳裂纹试样,用示波冲击试验方法,求得最大裂纹扩展速率da/dt为9.15m/s;平均速率da/dt为6.44m/s;动态断裂韧性K_(1d)为55.4MPam~1/~2。     

Al—Li合金缺口疲劳短裂纹行为的研究

研究了不同时效状态的Ａｌ－Ｌｉ合金短裂纹的扩展规律，缺口曲率半径对短裂纹扩展规律的影响，在相同的时效温度下，裂纹扩展速率ｄａ／ｄＮ随时效时间增加而加快，钝缺口萌生裂纹的ｄａ／ｄＮ在缺口应力场内变化不大，然后随着应力强度因子的增加而逐渐变大，而锐缺口萌生裂纹的ｄａ／ｄＮ在裂纹萌生后很快下降到最小值，然后又逐渐回升。     

残余压应力对45钢疲劳裂纹萌生寿命的影响

本文研究了４５钢不同缺口半径及经预压，喷丸处理后对试样弯曲疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明：随着试样缺口根部半径的增大，试样的弯曲疲劳裂纹萌生寿命增加。