TC17合金电子束焊接接头高周疲劳失效行为研究

电子束焊接构件广泛应用于航空发动机关键部位,其需要满足长寿命与高可靠性的设计要求.针对TC17合金电子束焊接接头,采用旋转弯曲疲劳试验方法,获得焊接接头的高周疲劳性能,同时利用电子扫描电镜对疲劳断口进行微观观察,探明焊接接头的高周疲劳裂纹萌生和扩展机理.结果表明,TC17合金电子束焊接接头在10~7周次的疲劳强度为450 MPa,约为母材强度的81%,试样失效位置均位于焊缝区;试样表面最大应力与内部气孔缺陷处应力集中形成竞争机制,在10~5～10~7周次内,裂纹萌生于内部气孔,在10~7周次后,裂纹萌生于试件表面;试样断口显示出明显的穿晶断裂区和沿晶断裂区,疲劳寿命随沿晶断裂区的应力强度因子下降而增加;气孔面积及真实应力为影响疲劳寿命的主要因素,气孔处应力强度因子与疲劳寿命呈线性下降关系.     

不同应力下7B04铝合金的疲劳断口

采用金相、电镜扫描显微技术对不同应力下铝合金的疲劳断口显微组织进行分析和对比研究,揭示该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。研究结果表明:疲劳裂纹一般在材料表面或近表面处萌生,与表面的距离随加载应力升高而减小,在应力为285MPa时裂纹于距表面约250μm处萌生,而在430MPa时裂纹萌生于材料表面;在裂纹源附近观察不到疲劳辉纹,且加载应力越高,这个区域的面积就越小,而裂纹扩展区的疲劳辉纹间距随应力的增大而增大;裂纹形成后,微裂纹沿着与应力轴呈45°角的最大切应力方向向纵深扩展,然后转向与拉应力轴正交的方向扩展,最后瞬断,且随着应力的增大,断口上疲劳裂纹扩展区的面积减小,瞬断区的面积增大。     

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.     

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.     

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.     

往复荷载下钢管与螺栓球组配试件超低周疲劳断裂试验研究

为探索螺栓球网格结构强震下的破坏特征,对五个螺栓球节点管球组配试件进行了轴向往复荷载作用下的超低周疲劳断裂试验研究。通过电镜扫描观察试件超低周疲劳破坏的裂纹萌生、扩展、断裂、断口形态,并分析了裂纹萌生原因、断裂机理。结果表明:当承受拉-压循环荷载时,试件均经历失稳弯曲、在杆件中点附近局部凹陷、在凹陷处表面萌生裂纹、进一步开裂、最后发生低周疲劳断裂的过程;其断口形状为椭圆,有明显塑性变形,为韧性断裂,疲劳寿命均很短。当试件承受较大压幅值的循环荷载时,试件首先失稳弯曲,然后在杆件中点附近局部凹陷,继而在凹陷处表面萌生裂纹,但同时因节点中高强螺栓承受弯剪作用,在螺栓牙底应力集中位置,也多处同时萌生裂纹并迅速发展,最后导致高强螺栓先于杆件局部凹陷处发生疲劳断裂;其断口表面光滑平整,没有明显塑性变形,疲劳寿命只有18次。     

钢筋混凝土梁腐蚀疲劳断裂微观结构分析

在钢筋混凝土梁腐蚀疲劳试验的基础上,对钢筋断口做扫描电镜和化学分析,研究了腐蚀介质在钢筋疲劳断裂中起的作用.研究表明,在腐蚀介质中,弯曲腐蚀疲劳的钢筋断口同样存在裂纹源区、疲劳发展区和断裂区,钢筋腐蚀疲劳寿命的降低,是腐蚀介质和反复弯曲拉应力共同作用的结果.这种作用加速了初始裂纹的萌生和疲劳裂纹的扩展,并始终存在于疲劳发展直至断裂的全过程,说明腐蚀疲劳的机制与具体的环境密切相关.     

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.     

风机叶片根部连接螺栓的弯曲疲劳试验研究

在叶轮旋转过程中,位于风机叶片根部用于紧固的连接螺栓因受到周期性的弯曲应力而容易疲劳.弯曲疲劳是造成螺栓松弛、损伤甚至断裂的重要原因.本研究以某风电厂2 MW风机高强连接螺栓为研究对象,利用PQ1-6弯曲疲劳试验机开展螺栓试样的旋转弯曲试验研究;通过宏观分析、化学成分分析、显微组织检测及扫描电子显微镜断口微观分析等方法,探究试验过程中螺栓材料的组织演变规律,研究螺栓失效的微观机理及其疲劳损伤的发展过程.结果 表明:在250 N的负荷下螺栓的旋转弯曲疲劳寿命为76200周次;由旋转弯曲疲劳载荷引起的螺栓试样组织演变和疲劳损伤累积呈全域性分布特点,并在螺栓试样材料的不同部位形成了疲劳影响带,且其距离断口越近材料组织的疲劳损伤程度越大;疲劳损伤带由表及里向试样内部扩展;断口处疲劳裂纹从试样表面开始萌生,断裂机理为韧性断裂;螺栓材料中的夹杂物加剧了弯曲疲劳裂纹的集中和扩展,进一步缩短了螺栓的疲劳寿命.     

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.     

残余应力与拘束对GH4169合金疲劳及蠕变-疲劳裂纹扩展速率影响研究

为深入理解残余应力与拘束在疲劳载荷下的交互作用,以镍基高温合金GH4169为研究对象,选用紧凑拉伸(CT)试样,对不同拘束CT试样的上方施加不同大小的预加载荷从而在裂尖产生不同应力。将该应力作为残余应力,系统研究残余应力和拘束交互作用下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率。结果表明：随着裂尖残余压应力的增加,不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率均降低。与低拘束试样相比,高拘束试样的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感,这主要与裂尖Mises应力和垂直于裂纹扩展方向的正应力有关。与疲劳裂纹扩展速率相比,蠕变-疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感。     

690合金传热管疲劳裂纹扩展研究

采用销加载拉伸方法和直流电压降法测试技术,测量了室温和高温325℃空气中3种不同工艺的690合金传热管的疲劳裂纹扩展速率.试验采用Paris-Erdogan公式进行拟合分析,证明了结果的真实性和可靠性.高温加速了疲劳裂纹扩展.由疲劳裂纹扩展速率曲线可以预测出3种690管材在高温325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔKth,扫描电子显微镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,在穿晶断口上观察到明显的疲劳辉纹和微塑性区.     

预蠕变损伤对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响

针对ＳＵＳ３０４不锈钢光滑试棒预先导入１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ条件下的预蠕变疲劳损伤，然后开小切口进行时间依存性 ９２３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ，１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ及循环数依存性９２３ Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ的宏观裂纹扩展试验，考察了试棒内部因预蠕变疲劳而产生的大量的粒界微小裂纹对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响．结果如下： １．预损伤加速了９２３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的蠕变裂纹扩展，对于同一蠕变Ｊ积分范围△Ｊｃ，损伤值越大，裂纹扩展速度ｄｌ／ｄＮ也越大．这种加速起因于主裂纹与微小裂纹的合体． ２．１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的预损伤材料和处女材料的ｄｌ／ｄＮ在同一△Ｊｃ。下相等．即，损伤材料的裂纹扩展速度的上限值由１０７３ Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的处女材料的ｄｌ／ｄＮ－△Ｊｃ关系给出． ３．在９２３ Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ条件下，对于同一疲劳Ｊ积分范围△Ｊｆ，预损伤材料的ｄｌ／ｄＮ要比处女材料快１０倍左右．一般ｐｐ－ｔｙｐｅ的破坏形式为粒内破坏．预损伤材料的场合，因为试棒内部分布有大量的微小粒界裂纹，主裂纹便沿这些破坏阻抗最小的微小裂纹边合体边扩展，主要在粒界上扩展．即微小粒界裂纹是裂纹扩展阻抗减小的主因．     

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.     

频率对BG-P110油管钢腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

油管服役工况下,受腐蚀介质和交变载荷的共同作用,腐蚀介质腐蚀油管内外壁而产生表面结构不连续。当有拉伸、弯曲、振动载荷出现时,表面结构不连续处会产生应力集中,发生腐蚀疲劳断裂失效。以宝钢BG-P110油管材料为对象,通过不同载荷频率下的疲劳和腐蚀疲劳裂纹扩展试验,分别测量大气和3.5 wt%Na Cl环境下的疲劳裂纹扩展速率。结合断口形貌和成分分析,分析频率对BG-P110油管材料腐蚀疲劳裂纹扩展的影响。交变载荷相同时,腐蚀环境加快BG-P110油管的疲劳裂纹扩展速率;腐蚀环境相同时,频率越低BG-P110油管疲劳裂纹扩展速率越大。     

K 4169合金铸件的常温疲劳断裂行为

摘要：
通过在某K4169合金精密大型熔模铸件本体典型承力结构处取样而进行常温疲劳试验,并结合疲劳断口的分析与凝固过程的温度场模拟,对其疲劳断裂机制进行探讨.结果表明,不同结构试样的疲劳寿命差异显著,其疲劳失效与微观疏松缺陷及其分布有关.早期的疲劳失效试样中存在大量的疏松缺陷,而疲劳性能较好的试样的疏松缺陷很少.当疏松缺陷较少时,疲劳裂纹主要沿晶间Laves相和碳化物扩展;当疏松缺陷较多时,裂纹主要经疏松缺陷而加速扩展并导致试样的早期失效.
关键词：
K4169合金; 疲劳断裂; 疏松缺陷; 模拟
中图分类号： TG 111.8
文献标志码： A     

三维表面裂纹扩展过程中的形状变化

本文对拉伸、弯曲以及它们的组合载荷作用下三维表面疲劳裂纹扩展过程中其形状的变化规律进行了理论推导和实验验证，并提出了弯曲载荷作用下裂纹形状比的实验公式。     

焊接残余应力对裂纹闭合与疲劳裂纹扩展速率的影响

本文试验研究了ＷＸ６０管线钢及其焊接接头中的疲劳裂纹扩展速率、裂纹闭合行 为及焊接残余应力的分布与变化特点。得到了两种试件中的ｄａ／ｄＮ～　Ｋ及ｄａ／ｄＮ～ 　Ｋｅｆｆ关系．发现两种试件中裂纹闭合的程度和原因是不同的。在焊接试件中有显著的 裂纹闭合现象，其原因是焊接残余应力的作用。而在管线钢基材中裂纹闭合现象较小， 闭合原因是裂纹尖端尾部的残余塑性变形。本文论证了用ｄａ／ｄＮ～　Ｋｅｆｆ来估算焊件 疲劳寿命的合理性。