时效状态对7020铝合金疲劳性能的影响

研究不同时效状态下7020铝合金的疲劳强度及疲劳裂纹扩展性能,并分别利用透射电镜和扫描电镜对合金的显微组织及疲劳断口进行观察分析。研究结果表明:欠时效、峰时效和过时效3种时效态合金在循环数为107次时的条件疲劳极限分别为131,114和127 MPa;欠时效合金具有最低的疲劳裂纹扩展速率,峰时效合金的疲劳裂纹扩展速率最高;随着时效程度加大,过时效合金的疲劳裂纹扩展性能有所改善;欠时效合金中可切过的GP区增加位错滑移的可逆性并促进裂纹的偏折,而峰时效合金中主要为η'相,不可切过的η'相以及较大的晶内和晶界无析出带(PFZ)之间的强度差导致疲劳裂纹容易萌生和扩展;过时效合金晶内晶界强度差减小以及相关的裂纹闭合机制使其疲劳性能得到改善。     

钛铝异质自冲铆接头疲劳性能及失效机理

对纯钛(TA1)和铝锂合金(AL1420)异质单搭自冲铆接头进行静力学实验和疲劳实验研究,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的S-N曲线,分析接头的疲劳性能;采用扫描电子显微镜对接头疲劳断口进行观测,研究接头的微观疲劳失效机理.结果表明:接头的静力学性能与疲劳性能不具有一致性,TA1-AL1420(TA)接头静力学性能更优,但其疲劳性能比AL1420-TA1 (AT)接头差;TA接头疲劳失效形式为下板断裂,疲劳裂纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域,随后沿着板宽方向扩展,最终导致下板完全断裂.AT接头在短寿命区因铆钉断裂失效,铆钉的断口属于脆性疲劳断裂;在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合失效形式,疲劳裂纹从下板一端萌生,沿着板宽向另一端方向扩展,导致下板断裂失效.     

沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,文中基于能耗的观点,研究了沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律.试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了3种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料的裂纹起裂点和疲劳破坏点.研究结果表明:具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有很好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积疲劳破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性.通过拟合VanDijk能耗公式参数而建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以方便地预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命.     

沥青混合料裂纹扩展阶段疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,本文基于能耗的观点,研究沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了三种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有更好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过对Van Dijk能耗公式参数拟合建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以更方便的预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

锑和稀土元素对ZL104合金的组织及K_(IC)影响的研究

本文研究了锑和稀土元素对ZL104铝硅铸造合金的组织和断裂韧性K_(TC)的影响。采用20×40×200毫米的带预制裂纹试样进行三点弯曲试验。所得结果表明:适量的锑含量可使ZL104的断口细密,改善其断裂韧性和其他机械性能的指标。     

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。     

高温短时人工时效对2524合金疲劳性能的影响

研究高温短时时效对2524合金室温拉伸及疲劳性能的影响,采用3DAP分析、透射电镜等对合金组织进行观察.结果表明:经过高温短时时效试样的抗拉强度与自然时效试样的相当,但是塑性有很大的提高;高温短时时效后试样的疲劳裂纹扩展速率比自然时效试样低.经过高温短时人工时效的2524合金组织中Cu和Mg原子发生强烈偏聚形成圆盘状的GPB区,尺寸较大,这种人工时效组织既能提高应力循环下的裂纹张开扩展阻力,又不影响裂纹闭合,从而降低疲劳裂纹扩展速率.     

淬火条件对A356合金疲劳裂纹扩展的影响

在固溶和时效条件相同的情况下,选择3种淬火温对矿铸A356合金做淬火处理,对这3种淬火态合金的拉伸及疲劳裂纹扩展性能进行了研究。结果表明：随淬火介质温度的降低,淬火降温速率提高,合金的强度增加,塑性下降;当应力比R较低时,淬火条件对合金疲劳门槛区的裂纹扩展阻力有明显影响。降低淬火介质温度可以提高合金疲劳裂纹面的粗糙度,增加粗糙度诱发的裂纹闭合,同时还能降低a(Al)基体中的粗大β‘-Mg2Si相和无沉淀区,从而提高了合金的疲劳裂纹扩展阻力。     

淬火条件对A356合金疲劳裂纹扩展的影响

在固溶和时效条件相同的情况下,选择3种淬火水温对砂铸A356合金做淬火处理,对这3种淬火态合金的拉伸及疲劳裂纹扩展性能进行了研究.结果表明随淬火介质温度的降低,淬火降温速率提高,合金的强度增加,塑性下降;当应力比R较低时,淬火条件对合金疲劳门槛区的裂纹扩展阻力有明显影响.降低淬火介质温度可以提高合金疲劳裂纹面的粗糙度,增加粗糙度诱发的裂纹闭合,同时还能降低α(Al)基体中的粗大β′-Mg2Si相和无沉淀区,从而提高了合金的疲劳裂纹扩展阻力.     

Al-Cu-Li合金轧制厚板的 疲劳性能及断裂机理研究

利用疲劳试验机、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等设备研究了95 mm厚的Al-Cu-Li合金热轧板材不同方向的组织特征、疲劳性能和断裂机理.结果表明:Al-Cu-Li合金热轧厚板的力学性能和疲劳性能均存在各向异性.LT向(横向)的力学性能和疲劳性能均优于L向(纵向)和ST向(高向),L向(纵向)的力学性能较ST向更好,但疲劳性能较ST向更差.Al-Cu-Li合金厚板的疲劳裂纹源主要出现在试样表面、近表面的夹杂物和晶界处.裂纹扩展过程中,LT向裂纹扩展路径较L向更曲折,ST向具有典型的解理特征,瞬断区形貌与静态拉伸断口相似.晶界越多,裂纹扩展阻力越大,LT向和ST向的未溶第二相能够有效阻碍裂纹扩展,导致其疲劳性能优于L向.     

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为

测定不同晶粒尺寸、γ'相以及不同Hf含量的粉末高温合金FGH97在650℃高温条件下的疲劳裂纹扩展速率,并将其与FGH95和FGH96两代粉末合金的疲劳裂纹扩展速率进行对比. 用定量分析的方法对FGH97合金在疲劳断裂各个阶段的行为特征进行分析. 较大晶粒尺寸的FGH97合金具有较低的裂纹扩展速率,合理的二次和三次γ'相匹配析出,可以获得较高的疲劳寿命;Hf元素的添加使合金的整体疲劳寿命增大;FGH97合金与FGH95和FGH96相比,具有较高的疲劳裂纹萌生抗力,更低的高温疲劳裂纹扩展速率.     

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.     

690合金在压水堆环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

在模拟压水堆一回路环境下测得690合金的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,腐蚀对疲劳裂纹扩展有促进作用.采用时域分析方法分析讨论了相关载荷参数(载荷比R,频率f,应力强度因子幅值ΔK)对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响.试验结果采用F-A(Ford-Andresen)模型和ANL(Argonne National Lab)经验公式进行拟合,试验值与预测值吻合较好.断口微观形貌表明,空气中的疲劳断口为穿晶断裂;高温水下的疲劳断口同时出现穿晶和沿晶特征,与F-A模型的机制解释吻合.     

低合金结构钢疲劳断裂机制图的研讨

本文在中低碳合金结构钢,室温大气条件下取得的疲劳裂纹扩展宏观特性和微观断裂机制观测的有限数据基础上,对疲劳断裂机制图的制作和意义作了初步的探讨。机制图I以σ_s/K_(IC)和K_(max),机制图Ⅱ以K_(max)/K_(IC)和γ_B~C/d(即ΔK~2/12πσ_8~2d)分别为双对数直角座标轴。在这两种平面空间里,通过对实验数据的归纳,绘出了若干个不同断裂机制的区域及da/dN的数值范围。对应于一种材料状态,疲劳裂纹扩展过程在机制图中表现为穿过特定若干区域的一直线。疲劳断裂机制图对抗疲劳材料的选择、研制和改善及失效分析,将有一定的指导意义。     

固溶处理对2E12铝合金组织及疲劳断裂行为的影响

通过对2E12铝合金进行493 ℃/20 min和503℃/20 min固溶处理,研究固溶处理对2E12合金室温拉伸及疲劳性能的影响.采用X线衍射分析、扫描电镜和金相分析对合金组织及疲劳断口进行观察.研究结果表明:提高固溶处理温度对合金拉伸性能影响不大,但可明显减少合金中残留相(Al2Cu,A12CuMg)的含量;经503 ℃/20 min处理后合金的拉伸强度较经493℃/20 min处理后合金的拉伸强度略有提高,但其疲劳寿命延长约20％;合金中残留相在疲劳过程中容易开裂形成微小二次裂纹,在主裂纹扩展过程中起到桥接作用,从而加速疲劳裂纹扩展,降低合金疲劳性能.     

氩弧焊补焊对GH150性能的影响

本文针过对GH150合金进行750℃时效处理之后,采用GH3113焊丝进行一次补焊、二次补焊,然后通过拉伸性能测试及疲劳试验分析,研究多次补焊对时效合金性能的影响。结果表明:GH150合金时效时效后,随着补焊次数的增加,强度及抗疲劳性有所下降,但补焊后的室温拉伸强度高于900MPa,在在650MPa应力条件下可满足104循环次数。     

服役经历对7N01铝合金断裂力学性能的影响

材料在服役过程中的可靠性和耐久性是结构安全评估的基础,针对某型高速列车上服役多年的7N01铝合金材料,进行实验室空气环境下断裂力学性能参数测试,并分析服役前后疲劳裂纹扩展行为差异.结果表明:服役经历促使材料的各项断裂力学性能退化,呈规律性下降趋势;服役材料稳态疲劳裂纹扩展阶段da/d N-ΔK关系曲线呈折线现象,分段拟合方法能够精确描述其疲劳裂纹扩展行为.微观形貌的结果显示:服役后7N01铝合金的疲劳裂纹早期扩展区、稳定扩展区和快速断裂区的断裂表面依次为脆性断裂特征、塑性疲劳条带和脆性疲劳条带混合模式及沿晶和穿晶的混合断裂形貌.     

时效态Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金的拉伸断裂行为

研究了时效显微组织对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金断裂行为的影响.结果表明:473K低温时效时,析出相小而密,由晶界析出相(GBP)引发的微裂纹在晶界处产生并沿晶内的择优取向扩展;温度达到523K时,GBP长大,应力集中仅在某些大尺寸GBP处出现,并引发GBP与基体分离,而产生微孔,微孔的聚集与长大导致了合金的断裂.微裂纹沿着孪晶与基体的界面扩展,在断口形成平滑刻面,而GBP的存在会加剧这一趋势.时效温度升高后,孪晶与GBP数量减少,滑移变形加剧,导致平滑刻面数量减少.     

稀土元素对55SiMnMo钢疲劳断裂影响的研究

本文运用断裂力学的观点,试验研究了稀土添加量对55SiMnMo钎钢疲劳裂纹扩展速率(da/dN)的影响。稀土合金添加量按照残余稀土量与硫含量之比值分四种情况,即:RE/S=0,RE/S=1.0,RE/S=4.0,RE/S=6.0进行了试验研究。按照Paris公式整理试验结果表明:稀土元素对55SiMnMo钢的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)有一定的影响。当RE/S增加时,有助于减缓裂纹的扩展速率。这与扫描电镜分析相符合。     

带中心孔的镍基高温合金GH4049的高温疲劳短裂纹扩展规律

对疲劳试样GH4049镍基高温合金在同一载荷与不同温度下的疲劳短裂纹扩展进行了试验，利用复型技术和光学显微镜观测了裂纹形态演化全过程。发现应力集中条件下的高温疲劳短裂纹扩展主要是单裂系统破坏，随着温度升高，短裂纹逐渐变为多裂系统，并以多裂纹的合并形式进行最终破坏；扩展方式由穿晶到沿晶和穿晶的混合方式进行，温度越高，短裂纹起裂越早，裂纹平均长度越短，短裂纹扩展速率反而越慢。