核电站用42CrMoE螺栓材料超高周疲劳性能研究

鉴于地脚螺栓对保障核电站安全运行具有重大的工程意义,采用超声疲劳实验研究了核电站用42Cr Mo E螺栓材料的超高周疲劳性能。通过扫描电镜分析了不同疲劳阶段的断口形貌。结果表明,核电站用42Cr Mo E螺栓材料组织主要由回火索氏体组成,含少量铁素体。其S-N曲线为连续下降型,在10~9循环周次内不存在传统S-N曲线的水平平台,疲劳极限消失。而其对应于10~9周次下,疲劳强度为506 MPa。42Cr Mo E螺栓材料疲劳裂纹在高周和超高周范围内有相同的裂纹萌生机制,均是在试样表面的材料缺陷处萌生,局部存在夹杂物应力集中现象。当疲劳周次较高时,在靠近裂纹源处有更严重的氧化和腐蚀;随着循环次数的增多,疲劳辉纹变密集,间距减小。     

喷丸处理对7A85-T7452铝合金锻件疲劳性能的影响

研究不同喷丸强度对7A85-T7452铝合金锻件高周疲劳性能的影响,对比喷丸处理前后1×10~7疲劳寿命条件下的疲劳强度,利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了疲劳断口的形貌特征以及强化层微观组织的变化,用X射线(XRD)检测了强化层残余应力的分布。结果表明:喷丸后7A85铝合金试样的疲劳寿命是未喷丸的7.3倍,疲劳强度提高18%。喷丸在材料表面形成了厚度约为0.09 mm的残余压应力层,最大压应力为-231 MPa,该强化层平衡部分外加载荷中的瞬时拉应力,残余压应力层内的高密度位错可以阻碍位错的滑移,导致晶内位错迁移困难,从而阻碍了疲劳裂纹的萌生和扩展。     

7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能

通过金相显微镜(OM)、取向分布函数(ODF)及扫描电镜(SEM)研究25 mm厚7475-T7351铝合金板材的疲劳性能和裂纹扩展速率。结果表明:板材的疲劳强度存在各向异性,横向疲劳强度为300 MPa,纵向疲劳强度为310 MPa,疲劳寿命均大于1×107 cycle。板材在Kt=1、应力比R=0.1和应力强度幅度?K=30 MPa·m1/2条件下,纵向疲劳裂纹扩展速率da/d N为2.73×10-3~4.41×10-3 mm/cycle,横向疲劳裂纹扩展速率da/d N为5.76×10-3~8.22×10-3 mm/cycle。疲劳裂纹主要在次表面的含O、Na、Cl非金属夹杂物处及粗大第二相处萌生,在疲劳裂纹扩展区可观察到大量疲劳条带,在瞬时断裂区,断口呈小韧窝和解理断裂的混合形貌。     

超声滚压对LZ50钢疲劳性能及短裂纹行为的影响EI北大核心CSCD

针对超声滚压(USRP)对材料短裂纹行为影响规律不明的问题,对LZ50钢开展USRP试验,对比分析USRP对材料表面形貌、表层显微组织、表层显微硬度、残余应力分布和疲劳寿命的影响,并在340MPa应力水平下开展旋转弯曲复型试验,研究USRP对疲劳短裂纹萌生和扩展的影响。结果表明:USRP能使材料表面发生塑性变形,有效改善材料表面状态,降低表面粗糙度;处理后的LZ50钢表层铁素体、珠光体组织显微硬度平均值分别从200 HV和240 HV提升至304 HV和357 HV,表层残余压应力从-103 MPa提升至-720 MPa,且表层显微硬度和残余压应力沿深度方向呈梯度分布,影响层深约为300μm。在340MPa应力水平下,USRP试样平均疲劳寿命提升385.54%,疲劳短裂纹突破晶界障碍、珠光体带状组织,出现第一、第二次显著降速时的平均寿命分数f分别从0.068和0.469延后至0.172和0.604,短裂纹的萌生和扩展得到明显抑制与延缓。研究结果有助于明确USRP在抑制材料疲劳裂纹萌生与扩展上发挥的积极作用,可为工程材料表面强化工艺的选择提供参考。     

690 MPa级齿条钢板高周疲劳行为研究

由于加工过程中热输入历史的影响,在切割及焊接过程中会形成热影响区。热影响区和基体组织性能的差异导致海洋平台用特厚齿条钢板在长期服役过程中的疲劳寿命和疲劳极限不同。为探究热输入历史对材料基础疲劳性能的影响,研究了690 MPa海洋平台用齿条钢板火焰切割和焊接热影响区的高周疲劳行为,并与基体疲劳性能进行了对比。结果表明,切割热影响区和基体的疲劳强度分别为520 MPa和560 MPa,焊接热影响区和基体的疲劳强度分别为640 MPa和660 MPa。切割区基体和焊接区基体的平均有效晶粒尺寸分别为6.9 μm和5.6 μm,晶粒细化提高疲劳强度。由于热输入的影响导致组织不均匀,热影响区晶粒粗化,晶粒尺寸增加,在疲劳载荷作用下,晶界处应力集中增大,易在晶界处萌生裂纹源,使得试样在相同应力水平下,疲劳寿命和疲劳极限降低。     

低温卷取热轧双相钢的显微组织及疲劳性能

采用扫描电镜、拉-拉疲劳试验机等研究了低温卷取热轧双相钢的显微组织及疲劳性能。结果表明:热轧双相试验钢的疲劳极限约为530 MPa;低温卷取工艺生产的热轧双相试验钢夹杂物平均尺寸多在5 μm以下,晶粒比较细小,马氏体组织较细小且弥散均匀分布,具有良好的综合力学性能。热轧双相试验钢疲劳裂纹源位于样品表面的棱角处,疲劳裂纹扩展区上有大量的韧窝、撕裂棱、疲劳辉纹和二次裂纹,瞬断区以浅韧窝为主,由于铁素体和马氏体发生不同程度的应变,最终二次裂纹在铁素体和马氏体的相界面萌生。二次裂纹虽然萌生但并未扩展,大量二次裂纹分散主裂纹尖端应力集中,可有效降低裂纹扩展的驱动力,降低疲劳裂纹扩散速率,抑制疲劳裂纹扩展,使疲劳强度得到提升。     

核电用GH4169合金棒材315℃高周疲劳性能

采用轴向力控制方法测试了核电堆芯用GH4169合金棒材在315℃下的高周疲劳性能。采用两种数据据统计分析方法得出GH4169棒材315℃下高周疲劳强度平均值相近,为662 MPa,由此得出了不同存活率下合金的条件疲劳极限。试验测定315℃下棒材的S-N曲线符合lgN=9.457-0.003S方程。660 MPa和900 MPa应力幅下疲劳断口形貌SEM观察表明:660 MPa下,棒材疲劳裂纹萌生于试样表面的缺陷,900 MPa下裂纹萌生于棒材近表面夹杂处。沿着裂纹扩展方向,裂纹扩展区分布有典型的外凸疲劳条纹,660 MPa下GH4169合金棒材的疲劳断裂特征是延性断裂,而900 MPa下是韧窝和准解理的混合断裂。     

力学因素对管线钢应力腐蚀开裂裂纹萌生的影响

研究了应力比、加载频率和外加横向载荷等力学因素对X70管线钢在新疆土壤溶液中穿晶应力腐蚀开裂裂纹萌生的影响,并结合环境扫描电镜对腐蚀样品表面进行观察.结果表明:低应力比增加了载荷的波动,促进了管线钢应力腐蚀开裂裂纹的萌生;当波动载荷作用于样品的循环周次相同时,频率越低越有利于穿晶应力腐蚀开裂(TGSCC)裂纹的萌生;当波动载荷作用于样品的时间相同时,频率越高有利于裂纹的萌生;垂直于拉-拉应力方向的外加横向载荷促进了TGSCC裂纹的萌生.     

Ti-22Al-25Nb合金板条组织高温高周疲劳行为

研究了双尺寸板条组织的Ti-22Al-25Nb合金在650 ℃和700 ℃下的高周疲劳行为，采用升降法测试了合金的高温高周疲劳强度极限，当应力比R=-1，循环周次Nf=107次时，650 ℃和700 ℃的疲劳强度极限分别为470 MPa和400 MPa。对于双板条组织的Ti-22Al-25Nb合金，其疲劳裂纹既可萌生于试样表面，也可萌生于次表面，并且高周疲劳裂纹在次表面形核的试样具有更高的疲劳寿命。此外，研究发现双尺寸板条组织在高温高周疲劳损伤过程中以胞状析出的形式发生B2→β+O相变，形成组织中的不均匀区域，促使疲劳裂纹在此优先形核。     

深层滚压加工对高碳铬轴承钢超长寿命疲劳行为的影响

深层滚压加工对高碳铬轴承钢超长寿命疲劳行为的研究表明：与深层滚压加工前相同,在高应力幅短寿命区,疲劳裂纹萌生于试样表面;由于表面压缩残余应力的影响,疲劳强度有所提高．在低应力幅长寿命区,疲劳裂纹萌生位置从未经深层滚压加工试样的次表面向深层滚压加工试样内部没有压缩残余应力和硬化层的位置转移;因弯曲应力梯度的影响,疲劳强度有了较大的提高．深层滚压加工可以提高高碳铬轴承钢在超长寿命区的旋转弯曲疲劳强度．     

不锈钢激光叠焊接头在不同载荷比下的疲劳性能研究

为了研究载荷比对不锈钢激光叠焊接头疲劳性能的影响,文中针对2种不同板厚搭配的不锈钢激光叠焊接头分别进行载荷比为0.5和0.1的疲劳试验.结果表明,载荷比对不锈钢激光叠焊的疲劳强度有显著影响,载荷比越大,疲劳强度越低;疲劳裂纹萌生位置附近的焊接残余拉应力较小,这是载荷比对疲劳强度有明显影响的主要原因;疲劳裂纹萌生位置和扩...     

激光冲击强化前处理对TiN/Ti涂层/基体疲劳性能的影响

采用磁过滤阴极真空弧技术在TC4钛合金表面沉积抗冲蚀多层梯度TiN/Ti涂层,沉积前对基体进行激光冲击强化前处理。采用原子力显微镜、纳米压痕和划痕仪表征了试件的表面形貌、基本力学性能等,对试件的疲劳性能进行了考核,并分析了疲劳断口形貌。结果表明,LSP前处理在TC4表面形成了厚度约为300μm,具有高硬度和残余压应力的硬化层。TC4合金基体的平均疲劳强度为373.8 MPa,制备TiN/Ti涂层后试件的疲劳强度为363.7 MPa,较基体略有降低。增加LSP前处理后试件的疲劳强度为411.9 MPa,较TiN/Ti涂层试件提高13.3%,较无涂层试件提高10.2%。TiN/Ti涂层可以抑制表面上的裂纹萌生并减缓其扩展速率,但在拉伸过程中发生破碎而与基体发生剥离,裂纹抑制效果有限,且涂层的破裂促进了裂纹扩展。采用LSP前处理后,TC4表面形成的硬化层增加裂纹萌生难度,且提高的结合强度可降低裂纹扩展速率。     

K495高温合金的高周疲劳性能

研究了K495合金在700、900℃的高周疲劳性能.测试的疲劳为拉伸疲劳曲线,采用正弦波,应力比R=0.1.结果表明,K495合金在这两个温度下都具有较好的疲劳性能,其疲劳强度极限分别为322、314MPa.在700℃时,当应力较小时,其疲劳裂纹由驻留滑移带在晶界的冲击而产生;当应力较大时,其疲劳裂纹萌生于试样的冶金缺陷处,如凝固缩孔和夹杂物处和一种体心立方结构的富Y相;随最大应力的增加,裂纹源由单一裂纹源向多裂纹源转变;在900℃,裂纹产生于靠近表面的冶金缺陷处.     

齿轮疲劳强度与裂纹萌生区域的预测研究

以经过表面强化后的国产某轿车变速箱齿轮为例,根据齿根附近沿深度的残余应力和硬度的分布对单齿弯曲疲劳强度和疲劳裂纹萌生区域的预测进行了分析和试验验证.通过强度和硬度之间的转换关系以及疲劳强度与残余应力的作用关系,得到了齿根附近沿深度的弯曲疲劳极限分布,齿根次表面下0.25～0.45mm之间的区域是疲劳危险区.齿轮表面强化的结果使得齿轮弯曲疲劳裂纹源从表面转入到次表面,并初步得到了微观验证.研究结果说明了基于残余应力和硬度可以进行疲劳强度和疲劳裂纹萌生区域的预测.     

TC17合金超高周疲劳裂纹萌生机理

通过实验研究了2种频率(110 Hz和20 k Hz)循环载荷作用下航空发动机叶片材料TC17合金的超高周疲劳失效行为,分析了不同失效形式下的裂纹萌生机理。结果表明,TC17合金在2种实验载荷频率下均存在表面和内部萌生裂纹诱发疲劳失效2种失效形式,表面萌生裂纹诱发的疲劳失效主要是由加工缺陷和循环载荷作用下试样表面滑移处应力集中引起的横向裂纹所致,内部萌生裂纹诱发的疲劳失效是由循环载荷作用下材料初生α相的滑移断裂所致。失效机理的不同使得材料的应力-疲劳寿命(S-N)曲线呈双线性,载荷频率对TC17合金的裂纹萌生形式和萌生机理的影响不显著。建立了基于薄弱取向晶粒区域尺寸的疲劳强度预测模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

回火温度对42CrMo钢超高周疲劳行为的影响

利用超声疲劳试验方法研究了不同回火温度对汽车轴用42CrMo调质钢疲劳性能的影响以及其裂纹萌生机理。结果表明,42CrMo调质钢的疲劳S-N曲线在106~109cyc范围内存在平台,490℃回火后109cyc的疲劳极限为600 MPa,520℃回火后109cyc的疲劳极限为550 MPa。SEM断口观察表明42CrMo钢在高应力水平下疲劳裂纹倾向于在表面萌生,应力在疲劳极限附近疲劳裂纹倾向于在内部Al2O3夹杂处萌生,疲劳后材料中的碳化物明显增加。TEM结果显示经过疲劳后屈氏体中板条的尺寸从原始的237 nm降低为138 nm。同时定量分析了夹杂尺寸与疲劳极限和疲劳寿命的关系。     

微弧表面处理对AZ31B镁合金耐腐蚀及耐腐蚀疲劳性能的影响

采用微弧表面处理技术(微弧氧化MAO和微弧复合MCC)在AZ31B镁合金基体上制备出不同断面结构的防护涂层。通过电化学腐蚀及腐蚀疲劳测试方法,研究了MAO、MCC涂层的电化学腐蚀及腐蚀疲劳性能。结果表明,生长10 min的MAO涂层具有较好的耐电化学腐蚀性能。MAO涂层表面存在微孔和微裂纹,在应力条件下微孔和微裂纹作为疲劳断裂的裂纹萌生点,可加速裂纹的萌生与扩展,使其腐蚀疲劳寿命相较AZ31B合金基体降低了55%。而具有MCC涂层的AZ31B合金试样腐蚀疲劳极限为(64.0±5.4) MPa,比AZ31B合金基体提高了59%。在低应力载荷下(＜80 MPa),微弧复合涂层试样的腐蚀疲劳强度得到明显提高。     

显微组织对TB17钛合金高周疲劳性能的影响

对比研究了TB17钛合金3种典型组织形态(双态组织、网篮组织和片层组织)对其高周疲劳性能的影响,并分析了高周疲劳断口形貌。结果表明：双态组织特征的TB17钛合金具有最高的强塑性匹配水平,但其疲劳寿命与应力呈双线性关系,疲劳性能并不稳定;网篮组织的强塑性稍差,但具有最高的疲劳强度和疲劳比;片层组织的疲劳强度比网篮组织略低,但其疲劳比和拉伸塑性最差。高周疲劳加载应力处于低应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样内部、单源萌生,而处于高应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样表面、多源萌生。网篮组织存在更多的二次裂纹,且疲劳条带更为清晰密集,裂纹扩展路径更曲折,在扩展时消耗的能量更多。     

16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢的疲劳性能与裂纹萌生

采用真空感应熔炼+真空自耗重熔(VIM+VAR)工艺制备16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢。测定了试验钢的疲劳极限和S-N曲线。通过观察断口,分析疲劳萌生类型和影响因素。结果表明:疲劳极限强度达到773 MPa,疲劳裂纹萌生于表面驻留滑移带、表面缺陷、近表面夹杂物和次表面夹杂物。表面驻留滑移带萌生疲劳裂纹占13%,表面缺陷萌生裂纹占33.3%,近表面夹杂物萌生占40%,次表面夹杂物萌生占13%。当疲劳裂纹萌生于内部夹杂物时,疲劳寿命随应力的增大而减小;在一定实际应力作用下,疲劳寿命随夹杂物尺寸的增大而减小。随着实际应力增加,疲劳裂纹萌生的夹杂物临界尺寸减小。     

Ti-600合金的高周疲劳性能研究

采用120～130Hz的频率测试Ti-600合金光滑试样室温高周轴向应力疲劳性能。结果表明,应力比(R)为0.1时,合金的疲劳强度为475MPa,与IMI834合金相当;合金内含有较细小、薄片状的、互相交错排列的α+β相,这种细小的α+β相间的层状组织对于阻止疲劳裂纹的扩展和提高疲劳裂纹寿命有重要作用;疲劳裂纹扩展阶段,应力同为600MPa时,疲劳寿命为8.61×105的合金试样比寿命为1.78×106的疲劳条纹间距宽;合金内稀土相的尺寸由几个μm到0.2μm变化,合金中未观察到与稀土相颗粒有关的裂纹萌生。