600MPa级汽车大梁钢疲劳极限确定和疲劳断裂原因分析

为确定薄板坯连铸连轧(flexible thin slab rolling,FTSR)短流程生产线生产的600 MPa级汽车大梁钢是否满足装车要求,利用升降法研究了汽车大梁钢的抗疲劳性能。研究结果表明,采用对数试验应力-对数疲劳寿命拟合的方法要优于直接采用试验应力-疲劳寿命,计算得到了不同存活率下的P-S-N曲线,由图得到疲劳极限强度为294 MPa,经过数值计算得到的疲劳极限强度为287. 1 MPa。采用扫描电子显微镜对疲劳试样进行了断口分析,发现疲劳断裂为韧性断裂,夹杂物为裂纹的起源,结合试验钢的性能指标和装车试用考核结果,确认FTSR生产线开发的600 MPa级汽车大梁钢满足装车使用要求。     

42CrMo钢疲劳试验研究

文章采用高频疲劳试验机,在不同的最大应力下,对42CrMo钢进行疲劳试验研究.在常温空气环境下分别对试样进行了拉拉疲劳试验(R=0.1)和拉压疲劳(R=-1)试验,得出了42CrMo钢的拉-拉疲劳和拉-压疲劳寿命;试验结果表明,拉一拉疲劳极限在0.33σb～0.35σb之间,拉一压疲劳极限在0.4σb～0.5σb之间;由此得出了拉-拉疲劳极限与拉-压疲劳极限较好地吻合Gerber关系式.     

高强度钢焊接接头疲劳强度

采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法,在应力比r=0.12下,对高强度钢的两种焊接接头进行了拉拉疲劳强度试验。并对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析。试验结果和分析表明:对接接头的疲劳极限σ0.12为230MPa;角接接头的疲劳极限σ0.12为130MPa;同时得到了两种接头型式的S N曲线和P S N曲线方程。在应力水平250MPa、置信度95%条件下,对接接头的中值疲劳寿命是角接接头中值疲劳寿命的6～8倍。     

16 MnR钢超高周疲劳性能实验

用超声振动疲劳技术研究了16MnR钢的高周与超高周疲劳性能。实验在室温下进行,应力比R=-1,频率20kHz,采用狗骨形试样。试验获得了16MnR钢在10^5～10^9范围内的疲劳寿命曲线（S-N曲线）,结果发现曲线呈缓慢下降趋势,在10^7周次以后,试样仍未发生疲劳破坏,不存在传统意义上的疲劳极限。用电子扫描电镜对16MnR的高周和超高周疲劳断口进行了微观观测,结果发现,疲劳裂纹萌生于试样表面,未观察到含铁材料通常在超高周实验中出现的“鱼眼”现象。     

Q345qD桥梁钢高周疲劳性能及γ-P-S-N曲线试验研究

针对桥梁钢Q345q D的力学性能及高周疲劳特性,分别使用直径10,mm的圆棒试件和沙漏型试件进行了轴向拉伸试验及轴向疲劳试验,得到Q345q D完整的材性数据及应力-寿命曲线(S-N曲线).考虑到材料疲劳寿命离散性较大,为了便于工程应用,采用单侧容限统计方法,研究在给定置信度下各应力水平对应的Q34q D的安全疲劳寿命,得出了同时考虑置信度和存活率的设计疲劳曲线.研究结果表明桥梁钢Q345q D在常温下具有较好的疲劳性能,随应力水平的降低疲劳寿命明显增大,疲劳寿命曲线迅速趋于水平,疲劳极限在S_(max)=273~278,MPa之间.     

服役海底管道钢疲劳可靠性试验与海底管道寿命预测

针对波浪力下海底管道悬空段的疲劳寿命问题,从某服役X60钢海底管道悬空段上取样进行拉-拉成组多级疲劳试验,获得服役X60钢海底管道试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其概率统计分布,利用参数假设检验法确定X60钢管道试件的疲劳寿命分布特征,由此外推出不同存活率下的疲劳对数寿命与等效循环应力之间的线性关系式.通过引入"疲劳极限复合修正系数"和"等价非对称循环度系数"对X60钢试件的P-S-N曲线进行修正,得出X60钢海底管道悬空段的疲劳寿命预测公式.结合试验结果分析表明:X60钢海底管道试件的疲劳寿命服从对数正态分布;疲劳对数寿命与等效循环应力之间近似为线性关系;海底管道疲劳寿命预测公式计算结果与试验数据吻合良好.     

微动对车轴钢疲劳性能的影响

针对铁道轮轴间微动损伤的特点,设计了能够模拟过盈连接在旋转弯曲载荷下微动损伤问题的试样轴和试样套管.在实物车轴的特定位置切割试样,加工制作了常规疲劳试样和微动疲劳试样,并采用温差法组装微动疲劳试样的轴和套管,然后借助四点旋转弯曲疲劳试验机,通过单点法试验得出了该车轴钢的常规疲劳寿命(S-N)曲线和微动疲劳寿命曲线.结果表明,微动显著降低了车轴钢的疲劳极限,并且微动疲劳试样均在轴套配合的边缘断裂.     

SAF 2707HD旋转弯曲疲劳性能

针对SAF 2707HD双相不锈钢进行旋转弯曲疲劳实验.利用升降法计算得到疲劳极限,根据实验数据绘制应力-疲劳寿命(S-N)曲线,再利用扫描电子显微镜(SEM)对试样疲劳断口进行观察,分析了疲劳裂纹源的类型和断裂机制.统计数据表明:由于试样表面裂纹源引起的断裂基本发生在10⁵次循环或之内,而由于内部裂纹源引起的断裂基本发生在10⁶次循环,相差近一个数量级.为此利用有限元软件进行了疲劳寿命计算,预测结果与实验所得S-N曲线进行对比,确认了疲劳寿命分析的可靠性.     

下贝氏体球墨铸铁的接触疲劳

研究了经５５３Ｋ等温淬火获得的下贝氏体球墨铸铁的接触疲劳性能，并与高频淬火的４５钢试样进行了对比。由于两种材料的杨氏弹性模量不同，在比较它们的接触疲劳性能时，采用载荷—寿命曲线较之采用应力—寿命曲线更为合理。结果表明下贝氏体球墨铸铁的接触疲劳极限比高额淬火的４５钢高出９．６％。在研究下贝氏体球墨铸铁的磨损形貌时，发现了球状磨屑。认为这是由于在接触疲劳试验过程中有局部熔化现象发生之故。     

GCrl5钢超高周的疲劳行为

以GCrl5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GCrl5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.     

无内胎钢制车轮高强度钢等代设计

利用SolidWorks和Ansys软件建立22.5 in×9.0 in无内胎钢制车轮的有限元分析模型,采用高强钢代换低强钢的方法,在保证强度和疲劳寿命的前提下,对车轮进行了轻量化设计,减薄了轮辋和轮辐厚度。弯曲和径向试验的仿真结果表明:虽然改进后的各自最大等效应力都有所增加,但都没有超过材料的屈服极限;采用名义应力法并根据经验公式建立的590CL材料的S-N曲线方程,计算得出的疲劳寿命符合GB/T 5909—2005标准要求。     

铸钢节点环形对接焊缝的疲劳计算

给出了采用热点应力法进行铸钢节点环形对接焊缝疲劳寿命估算的全过程.介绍了热点应力幅度的计算方法,即热点应力幅度的计算可根据名义应力和应力集中系数计算,也可采用有限元方法计算.给出了环形对接焊缝热点应力寿命曲线的表示方法和细节分类,列出了各种焊接细节的S-N(应力-寿命)曲线.介绍了线性Miner损伤累积准则.根据热点应力幅度、S-N曲线和线性Miner损伤累积准则,可对铸钢节点环形对接焊缝进行寿命估算.最后,以杭州湾跨海大桥海中平台观光塔铸钢节点为例,说明了波浪载荷下铸钢节点环形对接焊缝的疲劳寿命估算过程.     

热轧钢筋的疲劳行为

本文叙述了应用 MTS 电液伺服试验机和高频疲劳试验机测定45SiMnV热轧钢筋材料的 S—N 曲线和25MnSi 热轧钢筋在固定应力范围上的寿命分布,通过分析求得钢筋50%和95%存活率的 S—N 曲线,在进行有关变幅疲劳的累积损伤试验的基础上,验证了 Miner 论对热轧钢筋的适用性。分析了钢筋材料的循环应力应变曲线及其非线性弹性行为。结论有助于钢筋混凝土结构的疲劳设计,可靠性分析和寿命估算等。     

用热点应力评定双相不锈钢焊接接头疲劳强度

针对双相不锈钢焊接结构的疲劳性能问题，通过试验对双相不锈钢纵向角接板焊接接头和侧面角接板焊接接头疲劳强度用热点应力进行了评定，做出了热点应力S-N曲线并与名义应力疲劳评定进行了比较．说明符合本试验型式及尺寸的这两种焊接接头用名义应力评定时疲劳数据分散性很大，试验疲劳级别分别为FAT136和FAT102；用热点应力评定时疲劳数据分散性明显减小，其疲劳强度可以用一条S-N曲线表示，试验疲劳级别为FAT162。     

一种利用支持向量机描述应力—寿命关系的新方法

以7种常用航空金属材料的疲劳试验数据为基础,首次利用最小二乘法支持向量机确定了材料的应力-寿命关系及相应的S-N曲线,并将所得结果与传统的幂函数式和三参数式的结果进行了比较,发现:支持向量机不仅能够描述材料的应力寿命关系,而且与现有的幂函数和三参数表达式相比,支持向量机最好;利用支持向量机描绘的S-N曲线,不仅能够精确确定任意交变名义应力作用下材料的疲劳寿命,而且还可精确确定材料的疲劳极限,为保证结构设计和使用的可靠性打下了基础。     

管节点国产化疲劳性能的试验研究

介绍了国产海洋用钢（Ｚ向钢）焊接Ｔ型管节点疲劳试验的过程和成果．试验对Ｔ型管节点的应力集中系数、应力分布、疲劳寿命及裂纹扩展进行了详细测量，经过分析得到Ｔ型管节点实测应力集中系数的经验公式、疲劳Ｓ－Ｎ曲线及裂纹扩展规律．试验结果表明国产Ｚ向钢、国内焊接工艺和加工制造的焊接管结点有较好的疲劳性能，为我国海上平台国产化提供了依据．     

Ultra-high cycle fatigue behavior of high strength steel with carbide-free bainite/martensite complex microstructure

The ultra-high cycle fatigue behavior of a novel high strength steel with carbide-free bainite/martensite (CFB/M) complex microstructure was studied. The ultra-high cycle fatigue properties were measured by ultrasonic fatigue testing equipment at a frequency of 20 kHz. It is found that there is no horizontal part in the S-N curve and fatigue fracture occurs when the life of specimens exceeds 107 cycles. In addition, the origination of fatigue cracks tends to transfer from the surface to interior of specimens as the fatigue cycle exceeds 107, and the fatigue crack originations of many specimens are not induced by inclusions, but by some kind of "soft structure". It is shown that the studied high strength steel performs good ultra-high cycle fatigue properties. The ultra-high fatigue mechanism was discussed and it is suggested that specific CFB/M complex microstructure of the studied steel contributes to its superior properties.     

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.