TC11钛合金室温高周疲劳断口及微观组织

以片层组织TC11钛合金为研究对象,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对室温高周疲劳断口及断口附近的微观组织形貌进行了观察分析。研究结果表明:不同载荷下TC11钛合金疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区3部分组成,且裂纹扩展区存在着大量与疲劳裂纹扩展方向相垂直的二次裂纹。随着载荷的增大,二次裂纹数量逐渐增多的同时,其宽度明显增加,疲劳辉纹的宽度也随之增大,从0.6μm(475MPa)增加到1.0μm(525MPa)。在交变载荷的作用下,钛合金内部萌生出大量的位错亚结构,且位错多堆积在α/β相界处,造成应力集中,导致界面开裂形成裂纹源,从而降低疲劳寿命。     

TC11钛合金室温高周疲劳断口及微观组织

以片层组织TC11钛合金为研究对象,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对室温高周疲劳断口及断口附近的微观组织形貌进行了观察分析。研究结果表明:不同载荷下TC11钛合金疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区3部分组成,且裂纹扩展区存在着大量与疲劳裂纹扩展方向相垂直的二次裂纹。随着载荷的增大,二次裂纹数量逐渐增多的同时,其宽度明显增加,疲劳辉纹的宽度也随之增大,从0.6μm(475MPa)增加到1.0μm(525MPa)。在交变载荷的作用下,钛合金内部萌生出大量的位错亚结构,且位错多堆积在α/β相界处,造成应力集中,导致界面开裂形成裂纹源,从而降低疲劳寿命。     

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。     

TA6V钛合金疲劳断口形貌及断口分析

在进行TA6V钛合金疲劳小裂纹实验的基础上,使用KYKY2800B型扫描电镜(SEM)对TA6V钛合金疲劳断口形貌进行疲劳源区及其裂纹扩展形状、扩展区、瞬断区形貌的观察,分析TA6V钛合金疲劳断口形貌形成的原因,为其结构疲劳安全设计及可靠性分析提供科学依据,为今后TA6V钛合金在我国的使用提供参考。     

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.     

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.     

分子动力学模拟α-Fe拉伸与疲劳裂纹扩展机理

采用分子动力学模拟方法研究了含(010)[001]和(0-11)[100]型中心裂纹的金属α-Fe分别在拉伸与疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究发现,在拉伸载荷作用下,(010)[001]型裂纹在钝化的基础上沿着{110}滑移面塑性扩展;(0-11)[100]型裂纹尖端位错沿(011)面发射,裂纹沿(110)表面脆性解理扩展.在循环载荷作用下,(010)[001]型裂纹尖端位错沿着{111}110滑移系扩展,裂纹在裂尖应力集中作用下,沿之字形快速扩展;(0-11)[100]型裂纹扩展方式与拉伸失效时基本一致,裂纹在(110)面内发生快速的脆性解理扩展.两种裂纹扩展过程中都有层错和位错的共同作用.研究表明,(110)表面的表面能最低,是α-Fe的最优解理面.     

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。     

超载试验中TC18钛合金低周疲劳特性与断口分析

为了研究超载试验对TC18钛合金低周疲劳特性的影响,常温下,本文在恒幅低周疲劳和间隔超载载荷两种工况下,对两种厚度的β锻TC18钛合金中心开孔试样进行了研究,对其低周疲劳性能及断口形貌开展了深入探索。同时,在应力比和恒幅载荷相同的情况下,与无超载情况下的裂纹扩展速率进行了对比分析。疲劳试验结果表明：β锻TC18钛合金存在明显的超载迟滞效应;每100次恒幅载荷间隔2次1.3倍超载载荷时,低周疲劳寿命约为恒幅低周疲劳寿命的2倍。     

超载试验中TC18钛合金低周疲劳特性研究与断口分析

为了研究超载试验对TC18钛合金低周疲劳特性的影响,常温下,在恒幅低周疲劳和间隔超载载荷两种工况下,对两种厚度的β锻TC18钛合金中心开孔试样进行了研究;对其低周疲劳性能及断口形貌开展了深入探索。同时,在应力比和恒幅载荷相同的情况下,与无超载情况下的裂纹扩展速率进行了对比分析。疲劳试验结果表明:β锻TC18钛合金存在明显的超载迟滞效应;每100次恒幅载荷间隔2次1.3倍超载载荷时,低周疲劳寿命约为恒幅低周疲劳寿命的2倍。     

CSP流程Ti微合金化高强钢的疲劳性能

采用升降法对CSP工艺生产的2mm厚Ti微合金化高强钢的疲劳性能进行研究.结果发现:高强钢的抗拉强度为830 MPa;疲劳强度为685 MPa,约为抗拉强度的0.83倍;伸长率为18.8%.绘制了高强钢的S--N曲线,并拟合出疲劳寿命与最大应力的关系.通过扫描电镜对疲劳断裂机理进行了分析.宏观疲劳断口可见明显的裂纹源区、扩展区和瞬断区形貌.疲劳裂纹起始于带钢表面微裂纹;疲劳扩展区存在微观疲劳辉纹、二次裂纹和宏观疲劳贝纹线;瞬断区出现撕裂棱,兼有韧窝存在.     

TZ20钛合金的疲劳行为及其机制研究

金属及合金的疲劳性能和疲劳行为是影响其长期安全服役的一个重要的因素。本文主要研究了锻造态和退火态Ti-20Zr-6.5Al-4V(简称TZ20)的疲劳行为和疲劳机制。XRD结果表明,锻造态和退火态两种状态的TZ20合金均由α相和β相组成。微观组织分析表明,虽然两种状态下该合金都呈现出典型的网篮组织特征,但是其各相含量及其晶粒尺寸有较大的区别。疲劳实验结果表明,锻造态和退火态合金的条件疲劳极限σ0.1(107)分别为623 MPa和572 MPa。疲劳断口分析表明,锻造试样疲劳断口具有多个疲劳裂纹源,而退火试样的疲劳断口只有一个疲劳裂纹源。     

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.     

45#钢中Ⅰ +Ⅲ复合型疲劳裂纹的转型扩展及断口分析

以带有不同角度侧斜裂纹的紧凑拉伸试件研究了Ⅰ+Ⅲ复合型裂纹在单向拉伸疲劳载荷作用下的转型情况,着重研究转型过程中应力强度因子(ΔK)和断口形态的变化.有限元计算表明,Ⅰ+Ⅲ复合型裂纹是向Ⅰ型裂纹转化,侧斜角越大,Ⅲ型应力强度因子变化幅(ΔKⅢ)越大,裂纹转型越快;断口分析表明试件疲劳断口的疲劳源呈多源性,裂纹萌生于紧凑拉伸试件线切割缺口处的微裂纹;在转型过程中,带侧斜角试件断裂面较为粗糙,断面上存在较为粗大的撕裂棱和二次裂纹;疲劳辉纹更加不连续,不均匀;完全转型后断裂面较为平坦,撕裂棱和二次裂纹尺寸减小.即转型是通过在疲劳源形成与原裂纹面成一定角度的台阶,在裂纹的随后扩展中通过不同台阶与台阶的连接而转向,最后转到Ⅰ型扩展方向.     

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.     

QCM8模具钢组织结构及渗氮后疲劳性能研究

用洛氏硬度计、显微维氏硬度计、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了QCM8钢的组织结构和失效断口等,测试了其渗氮后疲劳性能.结果表明:QCM8钢基体为位错马氏体,碳化物较多,有条状也有细粒状,分布均匀;渗氮后旋转弯曲疲劳寿命提高了约7倍;疲劳断口分析表明疲劳源区组织细密,瞬断区韧性较好.用渗氮QCM8钢加工的精密冲压模具较少出现裂纹和崩裂,使用寿命大大提高.     

应力比对6082T651铝合金疲劳裂纹扩展行为影响

利用液压伺服疲劳试验机对6082T651铝合金进行疲劳裂纹扩展速率测试,研究不同应力比R对疲劳裂纹扩展行为的影响以及疲劳裂纹稳定扩展区断口观察。结果表明:应力比对疲劳裂纹扩展行为有显著影响,较高应力比下的疲劳裂纹扩展速率要高于较小应力比下的疲劳裂纹扩展速率。应力比对Paris公式中的C值影响较大,对m值影响相对较小。稳定扩展区断口形貌特征以疲劳台阶、韧窝和疲劳辉纹为主。     

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.     

激光选区熔化TC4钛合金疲劳与断裂

分析了激光选区熔化ＴC４钛合金疲劳寿命及其影响因素。研究结果表明,激光选区熔化TC4钛合金的疲劳性能与传统的经过退火处理的钛合金性能相当。对断口的疲劳源分析表明,激光选区熔化TC4钛合金的疲劳裂纹起源于距离表面最近的制造缺陷,这种制造缺陷多为不规则形状,在缺陷中能够明显地观察到制造过程中产生的层间界线。通过对比分析可知,疲劳源在试样表面以下的位置及其最大跨度尺寸影响着试样的疲劳寿命。目前,制造缺陷仍然是影响激光选区熔化TC4钛合金疲劳性能的主要因素。     

含中心微裂纹α-Fe拉伸与疲劳失效机理的原子模拟

采用分子动力学方法研究了含(010)[101]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制。研究表明,含有此类裂纹的体心立方金属铁在单轴拉伸载荷下,其破坏机制是一个以裂尖层错和孪晶变形共同存在、伴有裂纹钝化,并最终以孪晶变形为主的过程。疲劳失效是以孪晶形变为主,全位错、不全位错、层错共同作用的破坏机制,同时发现循环加载下[11-1](-121)滑移系中孪晶形变比位错更容易发生,而且孪晶的出现,有利于减缓疲劳裂纹的扩展速度。含裂纹α-Fe变形与失效的过程,是一个位错、层错、孪晶和相变等多种微观机制共同作用的复杂过程。