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。     

GH36合金持久缺口敏感性与蠕变和疲劳及其交互作用下的裂纹扩展速率

研究了GH36合金持久缺口敏感性对裂纹扩展速率的影响。结果表明:通过软化的热处理制度来改善材料的持久塑性达到消除持久缺口敏感性的目的,对在蠕变或以蠕变为主的应力条件下延缓裂纹的扩展具有重要意义;而在低周疲劳或以疲劳为主的应力条件下,裂纹扩展速率对强度敏感,而与材料是否存在持久缺口敏感性无关;提高强度可显著提高材料的抗低周疲劳裂纹扩展能力。为使材料在蠕变、疲劳以及蠕变疲劳交互作用下都只有高的抗裂纹扩展能力,应对材料进行强韧化。     

低合金结构钢疲劳断裂机制图的研讨

本文在中低碳合金结构钢,室温大气条件下取得的疲劳裂纹扩展宏观特性和微观断裂机制观测的有限数据基础上,对疲劳断裂机制图的制作和意义作了初步的探讨。机制图I以σ_s/K_(IC)和K_(max),机制图Ⅱ以K_(max)/K_(IC)和γ_B~C/d(即ΔK~2/12πσ_8~2d)分别为双对数直角座标轴。在这两种平面空间里,通过对实验数据的归纳,绘出了若干个不同断裂机制的区域及da/dN的数值范围。对应于一种材料状态,疲劳裂纹扩展过程在机制图中表现为穿过特定若干区域的一直线。疲劳断裂机制图对抗疲劳材料的选择、研制和改善及失效分析,将有一定的指导意义。     

正火温度对55SiMnMo钢疲劳裂纹扩展速率da/dN的影响

本文研究了55SiMnMo钢不同温度的正火组织,取材方向对疲劳裂纹扩展速率的影响。其结果是:在较低的ΔK条件下,55SiMnMo钢的疲劳裂纹扩展速率随正火温度的升高而增大,而在较高的ΔK条件下,则da/dN随正火温度的升高而降低。其原因,作者们认为与疲劳的性质、“块状组织”的数量、贝氏体形态及残余奥氏体的数量有关。文中还再次肯定了正火后再经400℃回火,其疲劳裂纹扩展速率远比正火高的多。不同取材方向对da/dN也有显著的影响。     

2205不锈钢焊接接头疲劳裂纹扩展试验及分析

采用IGTB逆变式CO2气体保护焊对2205双相不锈钢进行焊接,形成焊接接头;并根据标准GB6398-2000对接头进行疲劳裂纹扩展试验.通过疲劳裂纹扩展速率测试,利用Matlab软件和Paris线性回归方程分析数据,得到对接接头上焊缝区、热影响区和母材区的疲劳裂纹扩展速率lg(da/d N)-lgΔK曲线.结果显示,给定的应力比工作条件下,疲劳裂纹在对接接头各区域的扩展速率差别较大,热影响区的扩展速率较快,母材次之,焊缝金属最慢.并利用SEM方法观察了疲劳断口,分析了产生疲劳裂纹扩展速率不同的原因.     

690合金在压水堆环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

在模拟压水堆一回路环境下测得690合金的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,腐蚀对疲劳裂纹扩展有促进作用.采用时域分析方法分析讨论了相关载荷参数(载荷比R,频率f,应力强度因子幅值ΔK)对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响.试验结果采用F-A(Ford-Andresen)模型和ANL(Argonne National Lab)经验公式进行拟合,试验值与预测值吻合较好.断口微观形貌表明,空气中的疲劳断口为穿晶断裂;高温水下的疲劳断口同时出现穿晶和沿晶特征,与F-A模型的机制解释吻合.     

加载频率变化的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型

试验得出了0Cr18Ni9钢在质量分数为0.1% NaCl溶液中4个不同加载频率下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率.结合试验结果,并采用数学分析方法,给出了环境加速因子C(f)的表达式,进而提出了一种腐蚀疲劳裂纹扩展速率的da/dN～(ΔK,f)数学计算模型.     

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.     

带中心孔的镍基高温合金GH4049的高温疲劳短裂纹扩展规律

对疲劳试样GH4049镍基高温合金在同一载荷与不同温度下的疲劳短裂纹扩展进行了试验，利用复型技术和光学显微镜观测了裂纹形态演化全过程。发现应力集中条件下的高温疲劳短裂纹扩展主要是单裂系统破坏，随着温度升高，短裂纹逐渐变为多裂系统，并以多裂纹的合并形式进行最终破坏；扩展方式由穿晶到沿晶和穿晶的混合方式进行，温度越高，短裂纹起裂越早，裂纹平均长度越短，短裂纹扩展速率反而越慢。     

考虑蠕变三阶段的哈氏合金X蠕变-疲劳裂纹扩展模拟

结合应变硬化定律和连续损伤力学,提出了一种考虑蠕变3阶段的本构模型,对650℃下的哈氏合金X的CT试样进行了裂纹扩展有限元模拟分析．对比分析了不同蠕变阶段对纯蠕变裂纹扩展的影响,使用考虑蠕变3个阶段的本构模型进行了蠕变-疲劳裂纹扩展模拟,讨论了载荷幅值、载荷比和保载时间对裂纹扩展速率的影响,并分析了每种载荷条件对裂纹扩展期间损伤积累的贡献．结果表明：纯蠕变裂纹扩展模拟结果中,考虑所有蠕变阶段的本构模型计算结果与实验结果一致性最高．载荷从5 k N增加到7 k N,考虑蠕变第Ⅰ、Ⅱ阶段的裂纹扩展速率平均预测差异由0.57增至0.61,考虑蠕变第Ⅱ阶段和考虑蠕变第Ⅱ、Ⅲ阶段分别由0.67减至0.64、由0.16减至0.07．蠕变-疲劳裂纹扩展模拟结果显示,随着载荷幅值从5 k N增大至7 k N,载荷比从0.01增至0.50,裂纹扩展速率前者增大、后者减小,da/dt-C_t,avg曲线斜率基本不变,同时蠕变损伤占比增大,疲劳和交互损伤占比减小,各加载情况结果的蠕变损伤均占主导,其次为交互损伤,疲劳损伤占比最小．随保载时间从1 s增加到1 800 s,循环相关的裂纹扩展...     

317钢蠕变—疲劳特性的细观实验研究

对锅炉用３１７钢在高温蠕变－疲劳交互作用下断裂的宏观和微观行为进行了实验,实验结果说明蠕变孔洞的早期萌生和后期蠕变相互作用,导致了材料的最终破坏．     

缺口对GH33A合金在复杂应力条件下力学行为的影响——高温合金力学冶金(11)

本文研究了缺口对GH33A合金在高温低周疲劳及劳疲/蠕变交互作用下的力学行为。结果表明:缺口使GH33A合金低周疲劳寿命缩短,其缩短的程度随缺口尖锐程度的增加而加剧。低周疲劳高应力时,保载时间的作用引入了蠕变分量,促使低周疲劳寿命Nf降低。在低周疲劳固定最大应力,改变最小应力而造成蠕变/疲劳交互作用情况下,其断裂寿命在一定条件下具有最大值,断裂机制可由纯疲劳断裂逐步转化为纯蠕变断裂,其程度主要决定于蠕变应力(或疲劳应力)分量所占比例的大小。     

Mg、Zr对GH_(33)A合金高温疲劳以及静、动态蠕变行为的影响

本文研究了含Mg、Zr与不含Mg、Zr两种GH33A合金的高温疲劳和静、动态蠕变行为。结果表明,微量元素Mg、Zr对提高疲劳性能不显著,也不能改善疲劳缺口敏感性。缺口疲劳性能取决于缺口的几何参数Kt与λ,材料的光滑疲劳极限和平均晶粒尺寸微量元素Mg、Zr的良好作用主要表现在静态蠕变条件下,充分发展和延长了蠕变第Ⅱ和第Ⅲ阶段,增加蠕变断裂延伸率,并大大提高断裂寿命。这种良好作用在恒载且迭加有疲劳交变应力的动态蠕变条件下仍然保持。     

疲劳荷载作用下的植筋混凝土梁刚度分析及计算

植筋技术是一种被广泛应用于工程界的连接锚固技术。对承受疲劳循环荷载的植筋梁而言,疲劳破坏是一种重要的损伤形式。为了分析植筋处于疲劳状态下的工作性能,共设计制作了3根相同植筋深度的混凝土梁试件,并对其进行疲劳试验下的受弯试验。试验表明:植筋梁的刚度在疲劳加载下有了一定的降低,低频加载对梁体造成的损伤大于高频加载;通过对刚度退化的分析,建立符合刚度退化规律的函数,对试验数据进行拟合,得出刚度退化系数函数,与结果吻合较好,实现了对植筋梁疲劳刚度的计算,能够对植筋梁疲劳刚度进行定量描述。     

迭加压应力的疲劳蠕变交互作用下的断口分析

对在700℃,迭加压力过载峰sp=-196MPa的复杂波形载荷作用下,试样的显微断口形貌进行了分析。由于Sp的作用使得疲劳条纹呈现有规律性的半圆弧形宽间距条纹,借助于它,测得疲劳裂纹扩展速率da/dN与△K的关系服从Paris公式;疲劳裂纹Ⅱ阶段与Ⅰ阶段扩展交替出现的形貌证实了:在大应力条件下,裂纹的扩展并不是长裂纹的延伸,而是短裂纹的“超前开动”及“跃迁式”连接过程。由于Sp的作用,断口上出现了三种不同形貌的“台阶”结构及宽条纹上的“挤入”、“挤出”、“二次裂纹”形貌,证实了疲劳条纹形成的滑移机制及形成上述形貌的晶体学位向关系。裂纹的疲劳蠕变混合形貌反映了高温下交互作用的影响。     

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     

CMSX－3镍基单晶高温合金的蠕变－疲劳行为

对镍基单晶高温合金ＣＭＳＸ－３在９００℃、较高应力幅下进行蠕变－疲劳交互作用试验。结果表明，循环蠕变的保持时间显著地影响材料的断裂寿命和断裂应变；应变量与总保持时间有对应关系。可用γ强化的单晶高温合金蠕变－疲劳交互作用机制对此作出解释。     

保载时间对GH220合金周期持久断裂行为的影响

本文研究了在不同保载时间下GH220合金周期持久断裂行为。采用了二种热处理工艺(等温弯晶工艺和标准直晶工艺)。结果表明,在750,800,850及900℃,保载时间为0—32min及∞持久条件下,二种晶界状态的GH220含金都不符合线性累积损伤规则sum(Δt/t_r)+N_i/N_f=1。一般表现为明显地强化。实验表明,保载时间对GH220合金的周期持久断裂寿命有很大影响。随着保载时间的变化,断裂寿命出现一个最大值。当保载时间小于3min时有弱化的趋势。本文通过TEM,SEM及金相等手段,研究分析了保载时间严重影响GH220合金断裂寿命的微观机制并从位错组态、位错结构及滞弹性等角度解释保载时间影响GH220合金不同的周期持久强化程度。     

蠕变引起的疲劳裂纹扩展

为了保证火电厂的蒸汽管道、汽轮机转子等零件的安全运行，确定疲劳裂纹的扩展率有重要意义。根据时间相关断裂力学的理论，提供了一种计算蠕变扩展率的方法。介绍了时间相关断裂力学有关的裂纹尖端参数，指出用参数Ｃｔ，ａｖ作为衡量蠕变裂纹扩展的参数是适宜的；讨论了疲劳对蠕变裂纹扩展的影响，指出材料的疲劳屈服极限和抗蠕变能力是决定这种影响大小的主要因素；并给出了蠕变裂纹扩展率的计算公式