Mg-Al-Zn(AZ92)合金的组织与疲劳断裂的研究

本文对Mg-Al-Zn系合金中AZ92合金的力学性能和疲劳性能进行了研究,观察了组织和断口特征。并讨论了疲劳裂纹的发生、扩展与组织的关系。     

焊接结构纵向及横向表面裂纹扩展特性有限元数值模拟

基于有限元方法和两对Paris疲劳裂纹扩展公式,考虑裂纹表层对裂纹扩展的阻碍影响,研究拉伸载荷作用下平板表面裂纹和对接接头纵向及横向表面裂纹扩展特性.结果表明:对接接头纵向表面裂纹在裂纹初始扩展阶段迅速向极扁长型发展,最终形状为扁长型;平板表面裂纹与对接接头横向表面裂纹扩展规律相似,在裂纹初始扩展阶段迅速向极近半圆形发展,最终形状为近半圆形;在裂纹扩展过程中,对接接头纵向表面裂纹长度方向上的扩展快于平板表面裂纹和对接接头横向表面裂纹长度方向上的扩展.     

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.     

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.     

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.     

铸造镍基高温合金K435室温旋转弯曲疲劳行为

在应力比R=-1,转速为5000 r/min(83.3 Hz)和实验室静态空气介质环境下,研究了抗热腐蚀铸造镍基高温合金K435的旋转弯曲疲劳行为,得到其应力-疲劳寿命(S-Nf)曲线,测出其室温旋转弯曲疲劳极限为220 MPa.用扫描电镜观察了疲劳断口形貌,发现裂纹主要萌生在试样表面或近表面缺陷处,断口主要由裂纹萌生区、裂纹稳态扩展区和瞬间断裂区组成;并讨论了K435合金疲劳断裂的机制.用透射电镜观察了合金微观组织的变化.     

GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制

空气环境对高温合金在高温下的损伤行为有显著影响.为了研究标准热处理态GH4169合金在高温疲劳裂纹扩展过程中的微观损伤机制,在空气环境中进行650℃、初始应力强度因子幅ΔK=30MPa·m1/2和应力比R=0.05的低周疲劳裂纹扩展试验.使用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)对试样的断口、外表面和剖面进行观察和分析.实验结果表明:疲劳主裂纹以沿晶方式萌生并扩展,随后沿晶二次裂纹出现,并且其数量和长度沿主裂纹方向逐渐增加,进入快速扩展阶段后,断口呈现韧窝组织形貌;在裂纹扩展过程中,δ相与基体的界面发生氧化,使得沿晶二次裂纹沿界面扩展并产生偏折,从而起到阻碍二次裂纹扩展的作用;试样外表面的主裂纹周围出现晶界氧化损伤区,其尺寸和晶界开裂程度沿主裂纹扩展方向逐渐增大.     

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。     

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.     

高铬铸钢轧辊热疲劳过程的组织和性能

针对现场出现的轧辊热疲劳裂纹较严重问题,研究了高铬铸钢轧辊热疲劳过程的组织和性能.通过约束热疲劳实验及高温拉伸实验,获得了热疲劳循环次数与主裂纹长度的关系,测试了高温状态下材料机械性能.用SEM,EDS分析了晶粒组织、成分偏析对热疲劳裂纹扩展的影响.结果表明:高铬铸钢轧辊的表面状态影响热疲劳裂纹萌生、扩展路径和方式;热循环上限温度及升温速度对裂纹扩展速率的影响较大;材料性能、组织变化等对高铬铸钢的热疲劳性能有明显影响.     

Microstructures and mechanical properties of a new titanium alloy for surgical implant application

A new titanium alloy Ti12.5Zr2.5Nb2.5Ta (TZNT) for surgical implant application was synthesized and fully annealed at 700℃ for 45 min. The microstructure and the mechanical properties such as tensile properties and fatigue properties were investigated. The results show that TZNT mainly consists of a lot of lamella α-phase clusters with different orientations distributed in the original β-phase grain boundaries and a small amount of β phases between the lamella α phases. The alloy exhibits better ductility, lower modulus of elasticity, and lower admission strain in comparison with Ti6Al4V and Ti6Al7Nb, indicating that it has better biomechanical compatibility with human bones. The fatigue limit of TZNT is 333 MPa, at which the specimen has not failed at 107 cycles. A large number of striations present in the stable fatigue crack propagation area, and many dimples in the fast fatigue crack propagation area are observed, indicating the ductile fracture of the new alloy.     

显微组织对近α钛合金BT-20疲劳裂纹扩展的影响

通过显微镜及电子背散射衍射试验对近α钛合金BT-20的篮网、双态和魏氏组织微观结构及晶粒尺寸进行测定,并采用拉伸与疲劳裂纹扩展试验进行力学性能以及裂纹扩展研究,讨论微观组织对裂纹扩展速率、路径和断口形貌的影响.结果表明,双态组织的强度和延伸率最好,魏氏组织最差;双态组织的断口为解理断裂,裂纹碰到大尺寸初生α晶粒时发生穿晶失效,形态呈直线状,从而具有较高的扩展速率;篮网和魏氏组织的断口形式为沿相界断裂,裂纹扩展路径在通过α晶粒集束边界时改变方向,路径呈曲线状,扩展速率相对较低,从而具有较好的耐裂纹性能.     

焊接对热轧H型钢高应变低周疲劳行为的影响

对热轧H型钢热轧和焊接后的高应变低周疲劳循环应力响应曲线、循环应力应变关系和应变寿命关系进行了分析,通过Coffin-Manson公式得到疲劳寿命计算公式,计算出Nf=100周时的循环韧度值σa·Δεt。结果表明,H型钢焊接试样的循环韧度比热轧试样的循环韧度降低38%。热轧试样表现出明显的循环稳定特性,焊接试样表现出循环软化直接断裂的应力响应特征。焊接试样的断口扫描电镜观察发现,疲劳裂纹在焊接接头的粗晶区表面处萌生,断口瞬断区具有明显的韧窝特征,表明材料焊接后保持较高的韧性。     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

CuZnAl形状记忆合金的变形与断裂（Ⅰ）

扫描电镜动态拉伸试验发现，马氏体状态的ＣｕＺｎＡｌ形状记忆合金断裂之前经受了强烈的变形，裂纹于马氏体界面萌生和扩展，原母相晶界对裂纹的扩展起阻止作用，断裂后呈现微孔集聚型塑性断口。     

Aging behavior and fatigue crack propagation of high Zn-containing Al-Zn-Mg-Cu alloys with zinc variation

In the present work, the influence of two-step aging treatments on hardness, electrical conductivity and mechanical properties of two high Zn-containing Al-Zn-Mg-Cu alloys with zinc content variation was investigated and the detailed T76 aging parameters were proposed. The microstructure of the precipitates were studied by transmission electron microscopy (TEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HREM) and then quantitatively investigated with the aid of an image analysis. The fatigue performances were researched by the fatigue crack propagation (FCP) rate test and fracture morphology was observed with scanning electron microscopy (SEM). The results show that the matrix precipitate size distributions of both alloys had significant difference, so as to fatigue crack propagation rates and fracture appearance. The shear and bypass mechanisms of dislocation-precipitate interactions were employed to explain the difference. Among the shearable precipitates, the proportion of larger size precipitates for the higher zinc content alloy is bigger than that for the lower zinc content alloy. The coarse shearable precipitates hinder the propagation of the fatigue cracks, leading to inferior FCP rate. For both alloys, the shear mechanism possesses the dominant factor, finally causing a preponderance in the FCP resistance for the higher zinc content alloy than the lower one.     

Effect of Columnar Crystals on Fatigue-Creep Failure Behaviour of Fe-Ni-Cr Alloy

研究了在交变应力与平均应力迭加条件下，柱状晶体对铁镍铬金的疲劳－蠕变失效行为的影响，结果表明，疲劳－蠕变应力迭加对合金产生交互作用，使其循环断裂寿命大大降低．具有横向柱晶界的试样受到了最强烈的交互作用．断口形貌观察揭示了沿柱晶界脆断是具有横向晶界试样的主要疲劳－蠕变断裂机理．而沿柱晶界断裂附带塑性撕裂结构以及二次裂纹形成所表示的脆－塑性断裂相混合的机理是其它取向试样的主要断裂机理沿柱晶界分布的脆性夹杂物引发沿晶微裂纹并加速沿晶界扩展     

Low cycle fatigue behavior of micro-grain casting K4169 superalloy at room temperature

The strain-controlled low cycle fatigue tests were carried out at 298 ?K for the newly developed micro-grain casting K4169 superalloy, and the cyclic stress response, deformation and fracture behaviors of the alloy were studied. The results show that the fatigue life of the alloy was increased by more than two times compared with other casting K4169 alloys. This can be partly attributed to grain refinement impeding crack initiation and propagation. When the strain amplitude was in plastic range (Δε_t/2 ?≥ ?0.5%), the alloy displayed a short period of initial cyclic stability followed by cyclic softening to fracture. By observing dislocation configurations, only a few dislocations moved around grain boundaries at initial cycles, leading to short cyclic stability. Afterwards, dislocations in the slip bands cut γ" phase continuously leading to cyclic softening. When the strain amplitude was in elastic range (Δε_t/2 ?≤ ?0.4%), the alloy exhibited elastic deformation and the peak stress kept stable. In addition, the crack initiation site changed from the MC carbides to the persistent slip bands on surface with increasing strain amplitudes.     

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.