夹杂物对超高强度钢应力应变场的影响

非金属夹杂物对钢性能的影响与夹杂物的特征参数密切相关.首先分析拉伸和疲劳载荷下超高强度钢中TiN夹杂物导致裂纹萌生的扫描电镜原位观察结果,采用MSC Marc有限元分析软件对夹杂物及周围基体的应力场进行计算,然后对拉伸载荷下不同特征参数的TiN夹杂物及周围基体的应力应变场进行模拟.结果表明,有限元法能够解释并预测夹杂物及周围基体的力学行为.三角形夹杂物尖角附近的应力集中最严重.矩形夹杂物内部高应力区的位置受夹杂物与外载荷方向夹角的影响.随邻近夹杂物间距的增大,基体内的最大应力由夹杂物外侧移至夹杂物之间.近表面夹杂物使得基体自由表面附近出现高应力区,基体内最大应力的位置受夹杂物与自由表面距离和尺寸的影响.     

XCQ16和20Mn2车轴用钢疲劳失效的微观机理

利用扫描电镜(SEM)对XCQ16和20Mn2两种车轴用钢疲劳断口和裂纹扩展断口进行分析,研究疲劳失效过程中的裂纹萌生及扩展机理.结果表明:裂纹均是从试样表面萌生,非金属夹杂和位错是主要的萌生机制;XCQ16钢在疲劳断口中部区的裂纹闭合效应大于20Mn2钢,裂纹扩展较慢;两者在裂纹扩展区的扩展机理不同,XCQ16钢属于塑性断裂,20Mn2钢属于解理断裂;在非金属夹杂上,XCQ16钢多含氧化物和硫化物的混合夹杂,20Mn2钢主要是氧化物夹杂,混合夹杂对材料的疲劳性能影响较小.     

拉伸载荷下镍基粉末高温合金中夹杂物行为

采用扫描电镜原位拉伸方法,跟踪观察了人工植入A12O3夹杂物的镍基粉末高温合金P/MRene95中夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至断裂的过程.结果表明,在单轴拉伸载荷下,裂纹首先萌生于脆性非金属夹杂物A12O3处,大于一定尺寸的夹杂物,还会使该裂纹扩展成为导致合金断裂的主裂纹,从而大大降低合金的屈服强度及断裂强度.     

P/M Rene95合金夹杂物微观力学行为观察

以典型粉末高温合金P/M Rene95为研究对象,在扫描电镜原位下观察了其中尺寸不同的陶瓷夹杂物在拉伸载荷下导致裂纹萌生的过程.结果表明,在SEM原位拉伸试验中,随着载荷的增加,裂纹在陶瓷夹杂物处萌生.Al2O3夹杂物的尺寸不同,导致裂纹萌生的方式不同.小尺寸的夹杂物引起的裂纹萌生易于产生在夹杂物内部,即夹杂物本身开裂,产生裂纹是在基体大面积屈服之后;而大夹杂物处的裂纹则是在合金基体未屈服之前萌生,位于夹杂/基体的界面.     

二次带状组织对低合金非调质钢疲劳性能的影响

采用应力比为0. 1的轴向拉伸疲劳试验分别研究了低合金钢DG20Mn和35CrMo钢的疲劳性能与带状组织的关系.结果表明:带状组织对试验材料的轴向拉伸性能没有明显影响,对35CrMo钢的轴向拉伸疲劳性能影响较小,但严重减弱DG20Mn钢的轴向疲劳性能. 带状组织对疲劳性能的影响主要是由于在高的疲劳拉应力下,带状组织引发疲劳微裂纹、微空洞等疲劳损伤,导致疲劳裂纹萌生及扩展模式发生变化,从而影响疲劳性能.     

回火温度对40Cr钢疲劳损伤特性的影响

研究了不同回火温度下40Cr钢的高周疲劳损伤特性.通过损伤量的变化测量和扫描电镜下损伤不同阶段微观组织的观察,分析回火温度对疲劳损伤特性的影响.实验结果表明,结构钢材料在高周疲劳载荷作用下,疲劳损伤过程分为3个阶段,即微孔洞萌生区、微裂纹萌生区、宏观裂纹萌生区.疲劳裂纹的萌生期随着回火温度的升高而增加,在本实验的载荷作用下,高温回火的40Cr钢的裂纹萌生期在3万周以上,中温回火的裂纹萌生在2.8万周,而低温回火的裂纹萌生期在2万周.     

微观组织对车轮钢力学性能和磨损性能的影响研究

车轮钢和轨道钢的微观组织和力学性能对高铁运行的安全性和服役寿命具有决定性影响。该工作采用淬回火和淬火雾冷两种热处理制度制备了具有等轴状铁素体和粒状渗碳体的回火索氏体车轮钢和片状渗碳体分布在铁素体中的索氏体车轮钢。通过优化热处理制度,两种钢的晶粒均在7级,属于细晶组织。对两种组织的钢进行伸试验,两种钢的拉伸强度大于900 Mpa,延伸率大于15%;由于淬回火车轮钢中颗粒渗碳体的弥散强化作用,其强度比淬火雾冷的车轮钢更高。夏比冲击试验表明,在室温下淬火雾冷的车轮钢冲击吸收功高于淬回火车轮钢,但随着冲击温度的降低,淬火雾冷的车轮钢冲击功幅度下降幅,而淬回火钢一直到-20℃韧性几乎不降低。模拟高铁载荷和时速500 km运行下轮轨接触频率,将两种钢与相同轨道钢配副做滚动接触疲劳试验。结果表明:淬回火车轮钢的疲劳寿命更长,裂纹的萌生主要发生在试样的表面和亚表面夹杂物或应力集中处,在表面萌生的裂纹一般会沿一定的角度向内部扩展,然后沿平行于试样表面进行扩展,最后从试样上撕裂下来。裂纹扩展一般沿着夹杂物与基体界面进行;当夹杂物阻碍裂纹前进时,裂纹会绕过夹杂继续扩展。在摩擦之后,车轮轨与轨道钢的硬度都有1~2HRC的硬度下降,组织成分由于发生了再结晶及塑性变形下,条带状碳化物被碾碎等因素,使其与原始组织有了很大的不同。在硬度为34HRC左右时有最好的抗摩擦性能。     

高强韧低碳中锰钢的弯曲疲劳性能

利用GPS-100高频疲劳试验机,研究了高强韧低碳中锰钢的三点弯曲疲劳性能,绘制出S-N曲线并分析了疲劳断口特征,探讨了相变诱导塑性(TRIP)效应对试验钢疲劳性能的影响机理.结果表明:试验钢的条件疲劳极限为1006MPa,疲劳比为1.20;试验钢的疲劳裂纹源萌生于试样下表面靠近棱角的位置,疲劳裂纹扩展区存在大量的二次裂纹可有效降低主裂纹的扩展速率,提高试验钢的疲劳强度;瞬断区包含等轴韧窝和拉长的韧窝,是典型的韧性断裂.疲劳裂纹前沿微小塑性变形区内的残余奥氏体发生TRIP效应,吸收大量应变能,钝化裂纹,减缓裂纹的扩展速率,是试验钢疲劳性能优异的主要原因.     

铜片在循环拉伸载荷下裂纹扩展的试验

为了对宏观多缺陷问题疲劳损伤演化过程的研究,利用一组含夹角为22.5°的两条穿透裂纹的铜片试件,在循环拉伸载荷作用下裂纹扩展的试验,发现一个新的现象:裂纹的扩展总是发生在左侧或右侧裂纹的外侧;这个现象超出了经典的疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的应力集中理论来解释.     

GCr15钢超高周的疲劳行为

以GCr15钢为试验材料进行旋转弯曲超高周疲劳行为的试验研究,用电子显微镜对试样断口进行观察.结果表明:疲劳裂纹的萌生机制可以分为两种,一种为表面裂纹萌生机制,发生在高应力幅短寿命区,是由试样表面晶体滑移或表面夹杂引起的;另一种为内部裂纹萌生机制,发生在低应力幅长寿命区,是由试样内部的非金属夹杂物引起的.通过对试验结果的分析和处理,描绘出了GCr15钢的S-N曲线.通过对裂纹萌生位置处尺寸参数的计算和评估,阐述了裂纹萌生于内部的破坏机理,提出了基于裂纹尺寸参数的超高周疲劳极限的推定方法.     

Effects of the shape and size of rectangular inclusions on the fatigue cracking behavior of ultra-high strength steels

The fatigue cracking behavior of ultra-high strength steels containing rectangular inclusions of small sizes were investigated based on in situ observations by scanning electron microscopy (SEM). The size and shape of rectangular inclusions affect markedly the initiation site and propagation path of a fatigue crack. Especially, the initiation site of a fatigue crack depends strongly on the angle between the long-axis of a rectangle inclusion and the loading direction, and the length/width ratio of this rectangle inclusion because the residual stress distribution fields vary with these conditions. The results coincide very well with those of finite element analysis.     

回火对微合金管线钢疲劳裂纹扩展行为的影响

采用MTS858电液伺服万能试验机、扫描电镜及透射电镜研究回火对一种高强度微合金管线钢疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明:回火可提高微合金管线钢疲劳裂纹扩展的门槛值,降低疲劳裂纹扩展速率,但对裂纹扩展稳态区的扩展速率影响不大;回火使碳氮化物沉淀析出、晶间马氏体/奥氏体(M/A)组元由岛状转变为点状及细条状,形成马氏体薄膜结构,阻碍变形和裂纹在材料中扩展,增加裂纹的偏折程度;在控轧控冷终冷温度进行2～4 h回火热处理,可以提高微合金管线钢强韧性和抗疲劳裂纹扩展能力。     

超高强度钢耐腐蚀性能研究进展

 钢是应用最早、用量最大的重要结构材料,在航空工业领域,钢主要用于制造重要承力结构件、连接件、紧固件和传动系统零件等。一般认为凡室温屈服强度超过1300MPa,抗拉强度超过1400MPa,并具有较高的比强度（强度/密度）和一定韧性的钢称为超高强度钢。超高强度钢是在普通结构钢的基础上发展起来的一种超高强度、高韧性的合金钢,是制造国防尖端武器的关键材料,在航空、航天领域也得到广泛的应用。本文分别介绍了低合金超高强度钢和高合金超高强度钢耐蚀性能方面的研究进展。低合金超高强度钢300M等对腐蚀疲劳及应力腐蚀开裂往往非常敏感;高合金超高强度钢Aermet100具有优良的抗应力腐蚀开裂能力。新型超高强度不锈钢在耐蚀性能方面的优越性使其受到人们越来越多的关注。新一代航空用超高强度钢的未来发展方向应为：开发超高强度、内在耐蚀的钢以取代现有镉镀层防护工艺,达到良好的耐蚀效果。     

基于离散元方法的预制裂纹扩展过程分析

对预制裂纹花岗岩试件进行了单轴压缩试验,得出了不同裂纹倾角下的岩石强度与弹性模量变化规律.建立了不同裂纹倾角下的岩石颗粒流计算模型,并根据室内试验结果标定了计算模型的细观参数.通过编制FISH语言提取了裂纹扩展过程中的裂纹信息,并进行了详细分析.研究结果表明:随着预制裂纹倾角的增大,裂纹起裂应力、起裂角不断增大,裂纹扩展由最初的翼型裂纹占主导向次生裂纹占主导转变;通过定义的裂纹聚集系数分析得出随着裂纹倾角的增大,裂纹聚集系数曲线由光滑变得曲折,裂纹扩展路径由集中向分散过渡.     

QT工艺对一种B-Nb低碳贝氏体钢 组织及强韧性的影响

通过室温拉伸、摆锤冲击、光学及扫描电镜研究了QT(淬火+回火)工艺对实验钢晶界比例、晶粒尺寸、碳化物析出情况及强韧性的影响，并对其变体的分布及组合方式进行了分析.结果表明:随着回火温度的升高，实验钢强度逐渐降低，塑性逐渐提高;450T和500T钢断口为准解理型断裂，贝氏体板条间析出的碳化物及较低比例的大角度晶界使得冲击韧性较差;而600T和650T钢断口为韧窝断裂，组织中大角度晶界的比例增加，有效地阻碍了裂纹的扩展.变体分析表明，450T钢变体组合方式介于Bain group和CP(close packed)group之间，而600T钢变体之间呈现较明显的CP组合方式，同一CP group内的变体取向差较大，偏折了裂纹传播路径，提高了低温韧性.     

三角缺口与圆形缺口起裂和裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究具有不同初始缺口的样品在单轴拉伸应变作用下裂纹起裂扩展的方式。【方法】采用晶体相场(PFC)法模拟不同缺口裂纹的扩展演化图及相应的应力分布。【结果】三角形裂口两侧裂纹起裂与扩展情况存在明显的差异,左侧裂口出现韧和脆两种类型的裂纹生长,而右侧的缺口是解理裂纹扩展;圆形裂口两侧的裂纹萌生,开始时表现为发射位错,然后形成空洞,随着裂纹进一步发展,逐渐转变为解理扩展。在应变施加初期,应变场强较弱,只在裂口附近有变化,形成二个环状的分布,在萌生裂纹的区域,出现应变集中。随着裂纹扩展,应变场环绕在裂纹周围,形成大的椭圆环状,在裂尖附近和位错区域,都存在应变集中。【结论】不同初始缺口对缺口起裂的时刻、方式和裂纹扩展有影响。     

冲击荷载下平行双裂隙演化的颗粒流分析

为了研究冲击荷载下平行双裂隙对岩石破坏的影响,采用二维颗粒流程序对分离式霍普金森杆一维冲击试验进行模拟。对预制平行双裂隙倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°和完整的花岗岩试样进行冲击加载模拟,全面研究了平行双裂隙试件裂纹的萌生、扩展、贯穿的过程。结果表明：在冲击荷载的作用下,平行双裂隙明显降低了岩石强度。裂隙存在时,裂隙倾角与加载方向一致时,试样峰值强度和起裂强度均达到最大,呈劈裂拉伸破坏模式,在倾角为45°左右达到最小值,呈拉剪复合破坏模式。预先存在缺陷的倾角对裂纹萌生和扩展模式有很大影响。对应力场分析,平行双裂隙对应力波的传播产生阻碍,在岩桥区域变化最为明显。