挤压态AZ31镁合金高周疲劳行为

为探讨镁合金拉/压强度不对称对疲劳性能的影响,对AZ31镁合金进行了室温应力控制疲劳实验,研究应变幅、峰值应变、循环能量参数随周次的演化,并采用光学显微镜观察表面形貌.结果表明:疲劳初期AZ31镁合金滞后环呈现不对称,200周次后不对称消失;峰值压缩应变随周次增加而变小,在约200周次时转变为拉伸应变;裂纹在材料表面孪晶带处形核,并沿孪晶面扩展.由于AZ31镁合金独特的织构与晶格特点,疲劳过程中交替出现的孪生与去孪生导致了滞后环的不对称,孪晶在裂纹形核及扩展中具有重要作用.     

高应力幅循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响

U78CrV钢轨广泛应用于我国重载铁路,在服役过程中承受具有不同循环历史的滚动接触疲劳载荷,由此诱发的棘轮行为将加剧钢轨的疲劳失效。首先开展低应力幅和高应力幅下的非对称应力控制循环实验,随后进行具有不同循环周次高应力幅循环历史的低应力幅值循环实验,揭示应力幅和应力循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响。实验结果显示,U78CrV钢在非对称应力循环载荷作用下表现出显著的棘轮行为,应力幅的增加会提高棘轮应变和棘轮应变演化率;预加载的高应力幅循环周次越高,随后的低应力幅下的棘轮行为越明显;不同循环周次的高应力幅循环历史降低了低应力幅循环的棘轮应变率,但增加了耗散能密度;不同高应力幅循环历史下的低应力循环疲劳寿命与失效棘轮应变和稳定耗散能密度密切相关,随着失效棘轮应变和稳定耗散能密度的增加而降低。基于稳定耗散能密度建立了幂律函数,可以合理预测高应力幅循环历史的低应力循环疲劳寿命。研究结果对U78CrV钢轨的疲劳失效评估具有重要的参考价值。     

多轴非比例载荷下镁合金AZ21的疲劳性能研究

镁合金作为结构件承受多轴复杂载荷,其失效形式多为多轴疲劳失效.本文在空气环境中对镁合金AZ21分别进行了单轴、纯扭以及多轴循环力学性能研究,揭示了不同加载路径下材料的变形主导机制.疲劳试验结果表明,在相同等效应力幅下,非比例加载路径下镁合金AZ21的寿命较单轴、纯扭路径显著降低.采用Basquin公式预测镁合金AZ21在复杂载荷下的疲劳寿命.通过将路径非比例度的概念引入到Basquin公式中,可合理预测相同加载幅值下圆形路径和菱形路径作用时镁合金AZ21的疲劳寿命.     

大鼠皮肤的循环力学性能研究

通过循环疲劳试验,研究了平均应力和应力幅值对大鼠皮肤力学性能的影响.结果表明:大鼠皮肤在拉-拉循环载荷作用下表现出明显的应变累积特性(即棘轮效应),棘轮应变曲线可划分为瞬态、稳态和加速失效3个阶段;棘轮应变及其应变率随平均应力或应力幅值的增加而增大,导致大鼠皮肤的损伤累积加速进而降低其疲劳寿命;循环应力-应变曲线中的滞后环面积、切线模量能够表征大鼠皮肤的循环特性,滞后环面积和切线模量呈现负相关的关联;对应循环疲劳失效的整个过程,滞后环面积经历减小、稳定、迅速增加3个过程;应力-应变滞后环面积随应力幅值的增加而增大,但平均应力对应力-应变滞后环面积的影响没有线性关系,在试验范围内当平均应力为12,MPa时滞后环的面积最小.结合Basquin模型和SWT模型,可以预测在不同平均应力与应力幅值作用下大鼠皮肤的低周循环疲劳寿命.通过石蜡切片技术和HE染色方法,研究拉伸和循环加载对皮肤微观结构的影响.结果表明,拉伸破坏和循环疲劳破坏都归因于纤维束的滑移和断裂,但两者发生断裂破坏的表现形式不同,前者表现为长裂纹扩展导致的拉伸断裂,后者则为短裂纹扩展导致的疲劳断裂.     

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.     

冷锻模具材料高速基体钢应变控制室温疲劳性能

对冷锻模具材料高速基体钢进行了室温下的单轴静态拉伸试验和应变控制单轴对称拉压低周疲劳试验,获得了静态拉伸力学性能和低周疲劳性能参数.通过对试验数据进行拟合,得到了高速基体钢材料在室温下静态单调拉伸应力-应变关系、循环应力-应变关系以及循环应变-寿命曲线.试验结果表明,该模具材料在本试验控制的循环应变幅范围内发生了循环软化,疲劳断裂之前未观察到明显的应力饱和现象.以控制应变幅为1.5%的试样为例,对材料的低周疲劳行为特性进行了分析.材料的循环应力响应分为明显软化,软化效应减弱和瞬时断裂3个阶段.     

高应变率加载下AZ31镁合金板材变形局域化各向异性

采用分离式Hopkinson压杆测试了AZ31镁合金板材的动态学性.使用金相显微镜观察微观组织特征.压缩方向与板面法向近似成0°,加载应变率为1200s-1时,变形局域化区域由孪晶组成 应变率为2800s-1时,由相互交叉成一定角度的孪晶带组成.压缩方向与板材法向成90°,加载应变率为1200s-1时,变形局域化区域由相互交叉成一定角度的孪晶组成 加载应变率为2800s-1时,由动态再结晶的小晶粒组成.压缩方向与板面法向成45°时,没有观察到类似的变形局域化.变形局域化降低了AZ31B镁合金的塑性,导致板材塑性各向异性.     

铸态AZ31B镁合金高温变形行为数学建模

采用Gleeble-1500热/力模拟试验机对铸态AZ31B镁合金圆柱试样进行轴向热压缩试验,并基于动态材料模型计算应变ε为0.4时的热加工图,研究镁合金热变形行为,以建立AZ31B镁合金真实应力与应变、温度及应变速率间的构效关系。研究结果表明:镁合金的变形激活能关于温度呈高度非均匀性分布,在整体范围内对该参数进行平均估算的方法导致Arrhennius本构方程产生较大拟合误差;将523~723 K变形温度分解为523~573,573~623和623~723 K来分别建立Arrhennius本构方程,可有效提高该方程对峰值应力的预测精度;结合优化后的Sellars和Arrhennius模型,采用常用数学方程构建的热变形抗力模型能准确表征AZ31B镁合金在523~723 K及0.005~5.000 s~(-1)范围内的热变形行为。     

10CrNiMo高强钢的低周疲劳特性

采用圆形横截面光滑试样,通过轴向不同应变幅控制的低周疲劳试验,研究了10CrNiMo高强钢的低周疲劳特性,包括循环应力-应变行为、应变-寿命特点、循环应力响应及其力学滞后现象,给出了相应的疲劳参数、循环软硬化特性及应变滞后规律.对裂纹扩展方向及试样疲劳断口的观察表明:裂纹扩展面与轴向力呈现多角度关系,裂纹萌生于试样表面,沿断口周边分布,且具有多源性;疲劳裂纹主要以锐化--钝化机制扩展.     

变形镁合金高温变形流变应力分析

AZ31B镁合金是应用最广泛的变形镁合金，研究它在高温下的流变应力对热加工过程有很大的实际意义。采用实验法研究了AZ31B镁合金高温高应变速率压缩时流变应力，结果表明镁合金在573－723K、应变速率为0.01-5s^-1进行高温压缩的情况下，变形温度和应变速率对流变应力有显著的影响，流变应力随应变速率的升高和变形温度的降低而升高，其稳态流变应力同Zener-Hollomon参数的对数之间呈线性关系。引入Zener-Hollomon参数的指数形式正确描述AZ31B镁合金热压缩变形时流变应力同变形温度和应变速率之间的关系。     

变形条件对AZ31镁合金冷压缩过程中孪生的影响

在新三思拉伸试验机CMT-5150上对均匀态AZ31镁合金进行室温压缩试验,研究了在变形量分别为5%、7.5%、10%、12.5%、15%以及变形速率分别为0.5、1、2、4mm/min时压缩变形组织中孪晶的形态与分布。结果表明:在压缩变形初期,只有少量晶粒内出现孪晶,孪晶较宽;而在压缩变形末期,孪晶几乎分布于所有晶粒中,且出现了细而长的孪晶。孪晶分数随变形程度的增大而上升。随着变形速率的增大,孪晶形态变细,且其密度增大,试样的屈服强度和抗压强度都升高。     

T225NG合金的高温单轴棘轮行为研究

在200、300、350、450℃等温度下对T225NG合金进行了单轴棘轮行为试验研究,分析了温度、应力幅值、低峰值应力棘轮历史对T225NG合金棘轮行为的影响.研究表明,在高温下峰值真应力具有对T225NG合金饱和棘轮应变控制的一元特性,饱和棘轮应变与幅值和先前的低峰值应力棘轮历史无关;在相同峰值应力下,温度越高则塑性应变累积越迅速,饱和棘轮应变越大;高温下T225NG合金出现异化的棘轮应变演化关系,现有本构理论难以描述.基于单试样多级加载试验方法,建立了一个用于预测T225NG合金单轴高温饱和棘轮应变的本构模型,该模型对试验数据有较好的相关性,可以较好地描述单轴棘轮应力与饱和棘轮应变之间的关系.     

对接粘接结构的扭转疲劳损伤行为研究

通过圆柱对接试件的扭转疲劳实验,分析了平均剪应力、剪应力幅值和循环周期3个因素对粘接结构的应变变程、应变率和疲劳寿命的影响.结果表明:平均剪应力对粘接结构的循环加载应力-应变响应影响很大.在平均剪应力非零的情况下,有棘轮应变出现,并且棘轮应变随着平均剪应力的增加而增加,棘轮应变率也随之增加;在改变剪应力幅值,而平均剪应力为零的情况下,虽然粘接试件没有出现棘轮效应,但由于循环蠕变和循环软化的原因,循环加载的应力-应变的曲线斜率随着剪应力幅值的增加出现下降的趋势,剪应力幅值增加,应变变程也随之增加,同时剪应力幅值越高应变稳定期越短;在改变循环周期情况下,应变变程影响不大,只是随着循环周期的缩短,后期的循环软化略有增加;在疲劳寿命影响方面,随着平均剪应力和剪应力幅值的增加,疲劳寿命都明显下降,但循环周期对粘接试件的扭转疲劳寿命的影响不大.     

X12CrMoWVNbN10-1-1转子钢室温低周疲劳特性

采用应变控制对超超临界汽轮机转子钢X12CrMoWVNbN10-1-1进行室温低周疲劳试验,并对试验结果进行了讨论.拟合了循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线,得到该材料的室温低周疲劳特性参数,包括Ramberg-Osgood参数和Manson-Coffin参数,推测出该材料的转变寿命.对低周疲劳试验开始和结束两个阶段的拉压应力峰值、拉压卸载弹性模量以及迟滞回线面积进行了对比分析,并对不同应变幅控制的低周疲劳对应的应力变化进行了讨论.     

镁合金疲劳研究现状及展望

对镁合金疲劳研究的现状进行了总结,包括镁合金的低周疲劳行为、高周疲劳行为、腐蚀环境下的疲劳行为以及镁合金疲劳寿命的预测方法,并归纳了镁合金疲劳性能强化的主要方法,包括添加稀土元素、热处理、表面处理等;在此基础上,对镁合金疲劳研究的不足进行了分析,并对镁合金疲劳研究的发展方向进行了展望。     

腐蚀环境对TC21钛合金疲劳行为的影响

基于飞机零部件在服役过程中因腐蚀导致疲劳断裂的问题,采用疲劳试验机、扫描电子显微镜对TC21钛合金在两种腐蚀环境以及室温空气环境下的疲劳进行了研究。结果表明,相同环境下随着应力降低,合金晶体内部位错累计能量速率减缓,合金疲劳寿命增加。同等应力条件下,3.5%NaCl水溶液环境下合金疲劳寿命最低,油箱积水环境下次之,室温空气环境下合金疲劳寿命最高。当应力较低时,差异更为显著。腐蚀环境下试样疲劳寿命较低,主要原因在于合金与溶液中离子发生反应形成大量腐蚀产物,促进裂纹萌生、加速裂纹扩展。     

应变状态下ZL114A铝合金低周疲劳行为的研究

在室温应变控制下,对ZL114A铝合金进行了单轴低周疲劳试验研究和显微分析,结果表明:材料在低周载荷下,当循环应变幅值小于0.6%,材料没有表现出循环硬化现象.随着循环应变幅值的增加,材料表现出明显的循环硬化现象;且随着应变幅值的增加材料的附加强化程度增大;应变幅值的大小对ZL114A铝合金低周疲劳寿命有较大影响,随着应变幅值的增大,疲劳寿命降低明显;疲劳损伤断口表现出大量的韧窝和韧性断裂的特征.     

晶界形貌、织构对AZ31镁合金各向异性的影响

采用金相观察、织构分析、拉伸实验等方法,研究了变形工艺、晶界形貌及织构对AZ31镁合金屈服强度及延伸率各向异性的影响.结果表明:轧制过程会使晶粒拉长而产生平直晶界,当拉伸应力方向与平直晶界走向成45°时,AZ31镁合金总是表现出低屈服强度和高延伸率;除了织构之外,晶界形貌也在一定程度上影响着镁合金的力学性能;当拉伸应力与平直晶界走向成0°或90°时,基面滑移的Schmid因子和拉伸孪晶是影响镁合金力学性能的主要因素.     

纯钛BT1-0低周疲劳损伤机理的研究

在室温拉-扭载荷下研究了纯钛BT1-0低周疲劳循环变形的宏观特性,结果显示材料的循环变形行为与应变幅值有关,遵循Coffin-Manson关系.通过透射电镜观察了在低周疲劳过程中位错组态,TEM观察表明:材料在比例载荷的损伤变形为滑移位错;在非比例载荷形成了孪晶结构,孪晶形态和尺寸与相位角相关.分析了该材料在低周疲劳损伤的微观行为.     

压力容器用钢的低周疲劳行为与常规机械性能的关系

本文从疲劳应变能的角度推导出了应变-寿命关系式。通过测定常规机械性能,就可预测材料在不同应变幅下的低周疲劳寿命;讨论了低周疲劳抗力与常规机械性能之间的关系,指出了材料本身对低周疲劳行为的主要影响因素;提出了选择抗低周疲劳材料的基本原则。