某机电设备主轴断裂断口分析

该文针对某转动设备主轴的断裂问题,通过宏观断口分析、微观断口分析、痕迹分析等手段,发现其宏观断口按特征分为4个区域,呈现皿状特征,呈现韧性、脆性断裂特征,与之对应的微观断口呈现韧窝、解理与准解理等特征。结合痕迹分析最终推断,多次过载和不良表面完整性是导致主轴断裂的主要原因。     

高速钢冲击断口的研究

用扫描电镜仔细观察分析了19种热处理状态的W6Mo5Gr4V2高速钢冲击试样断口,发现常规处理及DGG处理均为准解理,显示最大的脆性特征;低温淬火及回火处理脆性材料多为准解理与韧窝的混合型断口,显示了脆性材料在一定条件下的延性特征。影响其断口形貌特征的主要工艺因素是奥氏体化温度,相应的组织因素则是基体的性质与状态。     

Inconel 718合金短管高温低周疲劳行为

基于位移循环加载试验,对反应堆压力容器密封元件Inconel 718合金O形环短管试样变形幅控制下进行了常温和300℃高温低周疲劳试验研究.结果表明,在循环加载中试样发生接触力松弛,当位移压缩比峰值不低于8%且压缩比幅值超过0.6%时试样会产生低循环疲劳失效.采用弹塑性接触有限元方法对引发疲劳裂纹的试样危险局部的应力应变进行了分析,给出了位移压缩比幅值与危险局部应变幅值的短管疲劳寿命估算式.疲劳试样断口微观分析表明,在初始大变形引起的裂纹萌生区,断口微观形貌表现为晶体滑移与解理撕裂,而在裂纹扩展区表现为解理撕裂与疲劳辉纹共生的混合型裂纹扩展.     

稀土对2Cr13不锈钢夹杂物的变质及对冲击韧性的影响

采用金相、扫描电镜和能谱等分析手段研究了稀土元素铈对2Cr13不锈钢中夹杂物的变质作用以及对冲击性能的影响.结果表明:稀土元素改善了2Cr13不锈钢夹杂物的形貌和大小,未加稀土的钢的断口是典型的解理断裂,加稀土后钢的断口是准解理+韧窝型,韧窝中出现的细小球状稀土硫氧化物夹杂是其转变的主要原因;加微量稀土元素铈的试样低温横向冲击性能比未加稀土的试样大幅度提高,-40℃时提高了54.55%.     

GDL-1型高强韧贝氏体钢的不可逆回火脆性

本文研究了GDL-1型高强韧性贝氏体钢,在空冷状态下的回火冲击性能变化以及对应的显微组织和断口金相特征.结果表明,该钢经920 ℃加热空冷后获得条束状过渡形态的贝氏体加少量岛状贝氏体组织.在400 ℃～600 ℃的温度回火,分布于BF条束间的亚稳态残留奥氏体开始大量分解形成沿条束界连续分布的碳化物,在BF条内的高密度位错区也诱导析出碳化物,导致在条束界产生高应力集中而引发准解理和解理开裂,出现不可逆回火脆性,冲击能量显著降低.由于钢中的Si和Mn在原奥氏体晶界偏聚,抑制碳化物析出.在原奥氏体晶界未能沉淀出连续分布的碳化物,因此未见沿晶解理开裂特征,对应的断口金相呈条形准解理和解理的特征,其尺寸分别与BF条和束尺寸相吻合.该材料的不可逆回火脆性出现的温度范围与大多数合金结构钢相比提高约200 ℃.     

钇基稀土对E36钢板显微组织及冲击性能的影响

运用扫描电镜及能谱等分析手段研究了钇基稀土对E36钢中夹杂物的变质作用以及对显微组织和冲击性能的影响.研究表明,钇基稀土改善了E36钢的显微组织,减少了珠光体的片间距和含量.加入钇基稀土后,E36钢的冲击断口由典型的解理断口变为准解理+韧窝型断口,韧窝中细小球状的稀土夹杂是其转变的主要原因.加入少量的钇基稀土显著改善了E36钢的冲击韧性,尤其是低温冲击性能.在-60℃情况下,E36Re钢的纵向冲击功较E36钢提高了33.5%,横向冲击功提高了113.7%.并且,钇基稀土显著改善了E36钢纵横向冲击性能的差异性,未加稀土E36钢的纵、横冲击比均大于1.70,-60℃条件下达到2.77,而E36Re钢的纵、横冲击比为1.51~1.73.     

锌铝合金和铜合金的低周疲劳性能研究

本文对ＺＡ２７和ＺＣｕＳｎ１０Ｐ合金在室温下的循环应力应变特性进行了测试,得到了两种材料的循环应力应变曲线。对两种材料的疲劳试件断口进行了分析。结果表明：ＺＡ２７合金表现为循环软化,疲劳断口为准解理。ＺＣｕＳｎ１０Ｐ１表现为循环硬化,疲劳断口以韧窝和疲劳辉纹为主。     

核电站凝汽器用钛焊管蒸汽腐蚀疲劳性能研究

测定了国产和进口核电站凝汽器用钛焊管在室温大气和人工海水100 ℃水蒸汽介质中的疲劳性能，同时采用扫描电子显微镜对疲劳断口进行了观察，探讨了钛焊管的蒸汽腐蚀疲劳机理。研究结果表明：国产钛焊管与进口钛焊管的疲劳寿命较为接近，水蒸汽氛围大幅度降低了钛焊管的疲劳寿命；疲劳试样的裂纹均萌生于钛焊管焊缝区域的外表面，多为多源萌生，裂纹扩展均以条纹机理为主；断口处有少量二次裂纹，未发现沿晶断裂及周期解理断裂特征，静断区断口形貌为韧窝；从蒸汽腐蚀疲劳试样中，未能观察到明显的腐蚀产物；钛焊管的蒸汽疲劳腐蚀是交变应力和电化学腐蚀交互作用的结果。     

基于应变控制的4Cr5MoSiV1热作模具钢热机械疲劳行为

采用MTS?热机械疲劳电液伺服试验机研究了4Cr5MoSiV1热作模具钢400～700℃范围内拉压对称机械应变控制的同相及反相热机械疲劳行为.结果表明:当应变幅为±0.50％时,4Cr5MoSiV1钢反相热机械疲劳寿命约为同相的60％;无论同相还是反相加载,应力-应变滞后回线均呈现不对称性,同相加载时表现为平均压缩应力,反相加载时表现为平均拉伸应力.两种加载方式下,最大应力与最大应变及峰值温度均不同步,在高温半周出现应力松弛现象.此外,高温半周呈现持续循环软化,而低温半周呈现初始循环硬化,随后持续循环软化的特征.同相加载时断口以主裂纹、撕裂脊和准解理特征为主,裂纹少而深;反相加载时断口以疲劳条纹和大量的凹坑特征为主,裂纹多而浅.     

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.     

螺栓球节点中高强度螺栓的超低周疲劳破坏特征

为研究大震下网格结构螺栓球节点的破坏特征及机理,设计了杆件与螺栓球节点组合试件,采用FCS电液伺服结构试验系统对试件进行低周往复加载试验,加载制度为不对成等幅加载,获得了不同幅值加载下试件中高强度螺栓的变形特征。通过对高强螺栓断口的宏、微观分析探讨螺栓球节点中高强度螺栓低周疲劳破坏特征及机理,获得以下结论：随着加载制度中位移幅值增大,螺栓球节点组合试件中高强度螺栓的疲劳寿命减小,断口的疲劳源增加,扩展区面积减小,瞬断区表面不平整性程度提高;在较低位移幅值的加载制度下,螺栓的起裂机理偏向脆性断裂,随着加载制度位移幅值增大高强度螺栓的起裂机理由脆性断裂向准解理断裂转变,螺栓断口的瞬断区呈现偏向韧性断裂的特征。     

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.     

铸造方法对健身器材用镁合金的组织及疲劳性能的影响

分别采用常规铸造和增压型差压铸造法制备了健身运动器材用AZ91-0.15Y镁合金,并进行了化学成分、物相组成、显微组织和疲劳性能的测试与对比分析。结果表明:与常规铸造相比,增压型差压铸造明显细化了该合金的显微组织,提高了合金的疲劳性能;常规铸锭疲劳断口为脆性断裂,增压型差压铸锭的疲劳断口为解理断裂和韧性断裂的混合,说明后者的韧性更好。     

载荷对双金属复合带锯条锯切寿命及断口特征的影响

研究了不同载荷条件对双金属复合带锯条的锯切寿命及断口特征的影响，结果表明：低载荷条件下，锯切寿命取决于背部材料疲劳性能，裂纹扩展初期呈沿晶开裂形貌特征；高载荷条件下，锯切寿命取决于齿部材料的耐磨性能，裂纹扩展初期呈穿晶准解理开裂形貌特征，这些现象均与氢脆有关。     

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料动态变形特征

利用分离式霍普金森压杆装置,对三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料进行不同应变率下的动态压缩实验,采用扫描电子显微镜研究复合材料的动态变形特征和断口形貌.结果表明:复合材料的动态压缩强度随着打击速度的增加而增加;试样发生劈裂和剪切断裂,陶瓷相断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂,非晶合金发生粘性流动,断口形貌复杂多样.在应变率＞104 s-1的冲击载荷下,非晶相表现为软化后的多重脊状条带.复合材料断口上大量的非晶球形液滴及非晶软化条带的发现表明,绝热温升在非晶变形与断裂过程中起重要作用.     

多次冲击载荷下粉末冶金热锻钢的振动疲劳裂纹萌生、扩展与断裂

应用传统试验钢材的手段去试验粉末热锻钢有一定的局限性,就是不容易得到裂纹萌生→扩展的完整过程,也难以见到比较完整的疲劳裂纹形态和各个区域分界清楚的断口形貌. 我们认为大幅度降低应力水平是研究粉末热锻钢疲劳断裂实质的关键手段之一。为此目的,改制了多冲机的冲锤、夹具和冲击刀口。试验得出了冲击次数与疲劳裂纹长度关系曲线,以及裂纹源区和扩展区与最后迅速断裂区层次分明的疲劳断口. 用TEM和SEM以及电子探针方法对断口进行了检查,探讨了粉末热锻钢的断裂机理.并拍摄了大量裂纹扩展形态图片.发现这种材料的裂纹萌生、扩展有着许多特点.     

Q345钢对接接头低周疲劳性能试验研究

采用等幅轴向低周疲劳试验,通过疲劳寿命、循环应力-应变响应特征及应力-应变滞回曲线等指标研究了Q345钢对接接头的疲劳性能,观察了疲劳断口宏观特征,并在试验研究和有限元分析的基础上,建立了该焊缝材料的疲劳寿命预测公式.结果表明:焊缝材料初始阶段表现为明显循环硬化现象,后期为轻微循环软化,总体上提高了材料的强度及疲劳性能;随着轴向位移的增加,应力幅增大,循环硬化率线性减小;滞回曲线光滑、饱满,材料耗能能力稳定;疲劳断口可明显划分为裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区,为典型疲劳破坏断口.得到的疲劳寿命预测公式对实际工程中Q345钢结构的疲劳分析和寿命预测具有重要意义.     

GH4169合金高温多轴非比例加载下疲劳断口特征

研究了总应变控制下比例加载和不同相位差(45°和90°)的非比例加载条件下GH4169镍基高温合金650℃双轴疲劳的断口特性.结果表明,比例加载时,裂纹在试样表面均匀萌生;随非比例度提高,裂纹萌生的数量明显减少.比例加载的断口表面有明显的撕裂条带,且沿径向扩展;而非比例加载时这些撕裂条带减少,相应地撕裂面增多,在相位差为90°时断口表面完全为撕裂面,且沿圆周方向扩展.在两裂纹扩展的交界处,发现有疲劳条纹,沿径向分布.在瞬间断裂区,随着非比例度的增加,韧窝逐渐加深,且撕裂面逐渐加大.     

6005A合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究

对6005A—T6铝合金FSW接头、母材以及MIG焊接头进行了疲劳性能试验对比研究。结果表明,FSW接头的抗拉强度约是母材抗拉强度的82．5％;MIG焊试样的抗拉强度约是母材抗拉强度的73．4％。当循环周次N〉10^7时,FSW试样的疲劳强度值接近于母材,约为母材疲劳强度值的93％,而MIG焊试样的疲劳强度值仅为母材的67％。FSW接头热影响区的断口疲劳区形貌为准解理和韧窝的组合形貌。准解理型穿晶扩展裂纹与FSW接头热影响区中原母材枝晶结构有关,断口扩展区形貌为韧窝状形貌。     

钛合金激光/氩弧斜焊缝疲劳性能对比研究

针对TC4钛合金激光、氩弧斜角度焊接疲劳性能展幵对比试验研究。对两种斜焊缝试样的疲劳寿命和疲劳断口进行了対比计算与分析。结果表明:氩弧斜焊试件的疲劳寿命相比激光斜焊的分散性小,激光斜焊试件的中值疲劳寿命是氩弧斜焊的1.96倍;激光焊缝比氩弧焊总体面积小,激光斜焊疲劳裂纹起始于热影响区表面,氩弧斜焊疲劳源位于试件内部气孔缺陷处。裂纹扩展初期两种焊缝均有脆性解理特征矿展后期和瞬断区激光斜焊比氩弧斜焊表现出更好的韧性。