铁素体/贝氏体双相X80管线钢疲劳性能研究

采用MTS Landmark 370型万能机研究了全壁厚铁素体/贝氏体双相X80管线钢的疲劳性能,并通过SEM方法对钢的组织及断口进行了分析。结果表明,铁素体/贝氏体双相钢中的铁素体有大角度晶界,而贝氏体由小角度晶界的贝氏体铁素体及细小的马氏体/奥氏体(M/A)岛构成。疲劳裂纹主要在钢板表面凹坑处萌生;疲劳强度S与寿命N的关系为S=2 973×N-0.14;在裂纹扩展过程中,铁素体晶界、贝氏体及贝氏体组织中的M/A岛对疲劳裂纹扩展有抑制作用。     

780MPa级热镀锌冷轧双相钢断裂过程的原位观察

制备780 MPa级热镀锌冷轧双相钢,并对其组织性能进行测试分析;采用原位拉伸实验观察裂纹的萌生及扩展行为。研究结果表明:实验钢经热处理后获得铁素体+马氏体的双相组织;抗拉强度为789 MPa,屈强比为0.56,伸长率为23%,具有较好的力学性能;裂纹可以在铁素体内部或在铁素体-马氏体两相界上萌生;裂纹在扩展过程中遇到硬相马氏体岛时,会沿着马氏体岛的边缘绕过;铁素体产生的塑性变形能够减弱裂纹附近的局部应力集中,减缓裂纹扩展。双相钢的断口形貌是韧窝型,断裂形式属于塑性断裂。     

低碳微合金双相钢拉伸断裂过程的动态观察

本文采用配备有拉伸装置的扫描电镜上连续地跟踪观察铁素体-马氏体双相组织在拉伸过程中微观断裂过程,并分析讨论了微裂纹的萌核与扩展条件及微观组织因素的影响。结果表明:双相钢的微观断裂机制是轴向应力和塑性座变的交互作用的结果。双相热处理工艺通过马氏体含碳量与体积率改变铁素体相的强度和变形行为以影响断裂机制。回火则由于碳化物在两相界面处析出与松驰应力集中而抑制显微裂纹的萌核与扩展。     

Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢的空蚀行为

利用磁致伸缩空蚀试验机对Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢在蒸馏水和人工海水中进行了空蚀实验,并采用扫描电镜跟踪观察了经不同时间段空蚀后试样的形貌.通过测量失重绘制了材料的累积失重量和失重率曲线.经电化学工作站测量了材料在静态与空蚀条件下的极化曲线和腐蚀电位变化.对比分析了Cr32Ni7Mo3N与SAF2205双相不锈钢在人工海水的抗空蚀能力.结果表明:Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢空蚀破坏首先在铁素体薄弱区以及铁素体和奥氏体相界发生,并向铁素体内扩展,铁素体发生解离断裂脱落;奥氏体随着空蚀的进行,滑移线增多,显微硬度值增加,且人工海水中奥氏体显微硬度值比在蒸馏水中的高;铁素体大面积破坏后,奥氏体才失稳产生延性断裂脱落,奥氏体的存在延缓了破坏在整个材料表面上的扩展.空蚀与腐蚀交互影响导致材料在人工海水中加速破坏.Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢在人工海水中的抗空蚀能力优于SAF2205双相不锈钢.     

1 200 MPa级超高强度钢板冲压成形性能及其断裂机理的实验研究

通过圆筒拉深试验研究了1 200 MPa级超高强度双相钢板（DP1200）和纯马氏体钢板（M1200）的极限拉深成形性能,采用扫描电子显微镜观察分析了钢板的微观组织形貌与结构,探讨了其微观组织结构与断裂机理的关系.结果表明：DP1200和M1200的极限拉延比分别为2.03和1.99,其单向拉伸性能不能准确地反映钢板材料在复杂应力状态下的成形性能;2种钢板的断裂模式均为断口分布着大量韧窝的韧性断裂,但其裂纹扩展机理不同.DP1200中的裂纹是以沿铁素体/马氏体相界为主,兼有穿过马氏体相并扩展的失效模式;而M1200钢中的裂纹是沿马氏体晶界扩展的失效模式.     

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...     

16Mn钢焊接件疲劳裂纹萌生与扩展观察

该文对16Mn钢对焊接头的焊缝及热影响区（HAZ）中疲劳裂纹的萌生与扩展机理进行了研究。结果发现，疲劳裂纹的萌生与扩展与铁素体组织有关，由于焊接热影响区显微组织的不均匀性，使疲劳裂纹的扩展机制具有某些特殊性。疲劳裂纹扩展阶段裂纹尖端附近为形成于铁素体晶粒内的位错胞及亚晶。在疲劳断裂的各个阶段，其断裂机制是变化的。     

变形速率对2205双相不锈钢形变诱导相变的影响

通过单道次压缩热模拟试验,研究了2205双相不锈钢在热变形过程中组织组成相奥氏体相(γ)和铁素体相(δ)所占比例的变化情况.分析得到:2205双相不锈钢在热变形过程中存在奥氏体相和铁素体相之间的相互转变,且热变形过程中发生的两相之间的相互转变也是2205双相不锈钢热变形过程中的一种动态软化机制.变形速率对2205双相不锈钢热变形过程中发生的相转变的影响规律为:变形速率很小时,δ→γ的转变占较大比重;随着变形速率的升高,γ→δ所占比例增加.     

N_2对不锈钢GTAW焊缝铁素体含量和组织演变过程的影响

在不锈钢的焊接中,控制焊缝金属中的铁素体含量对于防止出现热裂纹、保证焊缝耐蚀性能和力学性能都有着重要的作用.在不锈钢中氮是强烈的奥氏体化元素,通过在保护气体中加入N_2的方法向焊缝过渡氮元素从而调控焊缝中的铁素体含量是一种简单可行的技术思路.本研究采用实时调整气体配比技术配制不同配比的Ar-N_2混合气作为保护气体,对304L奥氏体不锈钢和2205双相不锈钢进行了GTAW多层多道焊接试验.分析研究了保护气体中的N_2添加量对奥氏体不锈钢焊缝金属中铁素体含量的影响以及对双相不锈钢焊缝金属中的相比例和微观组织的演变规律.结果表明,对304L不锈钢,保护气中加入0.5%～1.0%的N_2能够将焊缝中平均铁素体数FN有效控制在3～7范围内.对2205双相不锈钢,打底焊时保护气中加入3.0%的N_2能够有效促进一次奥氏体的形成并抑制二次奥氏体的析出;填充和盖面焊则应减少保护气中的N_2含量或用纯Ar作为保护气才能保证焊缝的整体相比例在合理范围内.该研究工作对推广动态气体配比技术在不锈钢焊接生产中的应用提供了前期的理论基础.     

Cr21节约型双相不锈钢的高温塑性

通过高温拉伸和高温压缩试验研究了两种Cr21节约型双相不锈钢在950～1150℃温度范围内的高温塑性,结果表明两种材料的高温塑性差异很大.通过温度、应变速率、相比例和显微组织4个方面的分析发现,适当增加稳定铁素体相元素和升高变形温度有利于提高Cr21节约型双相不锈钢的高温塑性.在较低温度较高应变速率热变形时,裂纹容易在被拉长的奥氏体和铁素体相界处形核并沿着相界在铁素体内进行扩展.     

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.     

球墨铸铁微观断裂过程的动态观察

用ＨＭ－４高温金相显微镜垃伸装置，在常温下对铁素体和索氏体基体球铁的拉 伸微观断裂过程进行了动态观察。结果表明：铁素体基体球铁，随拉力增大，首先在 试样心部若干石墨球（或团絮状石墨）上沿着与拉力方向约成９０°方向基体启裂， 随后以石墨球为核心微观裂纹自心部向二侧跳跃式地发展，形成网络状裂纹。当裂纹 聚合至某一临界尺寸，剩下边缘部分快速断裂。裂纹的走向从微观看皇锯齿状，从宏 观看与拉力方向相垂直，索氏体基体球铁拉伸断裂机制也是首先从试样心部石墨球界 面上启裂形成与主拉力成９０°微裂纹，随后向二侧扩展，但是微裂纹发展很不充分 便快速断裂。裂纹走向与铁素体基体相似。 根据实验结果，我们建立了一个多夹杂双相非均质体断裂力学分析的物理模 型［１］。     

C-Mn钢及焊缝金属的缺口和裂纹试样的微观断裂行为

本文通过起裂源粒子的特征和尺寸分布、裂源处显微组织和残留裂纹的尺寸分布情况,研究了C-Mn钢和两种焊缝金属的Charpy V,COD和预制裂纹冲击试样的微观断裂行为。发现焊缝中的解理裂纹形核于夹杂物或第二相粒子,母材形核于珠光体团;对于同一材料用缺口试样和裂纹试样测得的微观解理断裂应力的不同值是由于断裂过程中临界事件发生了变化。在-45～-65℃范围内,Charpy V 缺口试样中的临界事件是铁素体晶粒尺寸的微裂纹扩展进入铁素体基体;而在-110℃的裂纹试样中,是第二相粒子尺寸的微裂纹扩展进入临近的铁素体晶粒。临界事件的变化认为与缺口根部和裂纹前端不同的有效剪应力有关。建立Charpy V 和COD实验结果之间关系的条件是有关材料铁素体晶粒和第二相粒子的尺寸应当是类似的。     

服役经历对7N01铝合金断裂力学性能的影响

材料在服役过程中的可靠性和耐久性是结构安全评估的基础,针对某型高速列车上服役多年的7N01铝合金材料,进行实验室空气环境下断裂力学性能参数测试,并分析服役前后疲劳裂纹扩展行为差异.结果表明:服役经历促使材料的各项断裂力学性能退化,呈规律性下降趋势;服役材料稳态疲劳裂纹扩展阶段da/d N-ΔK关系曲线呈折线现象,分段拟合方法能够精确描述其疲劳裂纹扩展行为.微观形貌的结果显示:服役后7N01铝合金的疲劳裂纹早期扩展区、稳定扩展区和快速断裂区的断裂表面依次为脆性断裂特征、塑性疲劳条带和脆性疲劳条带混合模式及沿晶和穿晶的混合断裂形貌.     

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.     

铁素体-珠光体钢中的疲劳裂纹扩展行为

在扫描电镜下对两种铁素体－珠光体钢中的低周疲劳裂纹扩展进行了动态原位观察，发现疲劳裂纹只在铁素体中扩展，而珠光体晶团阻碍其扩展．提出疲劳裂纹扩展的形态及方式与材料的疲劳裂纹扩展阻力之间存在着一定的关系．     

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.     

应力集中对2024铝合金高周疲劳寿命的影响

研究了2024铝合金常温下的高周疲劳性能,获得了2024铝合金在不同应力状态下的S-N曲线.分析了疲劳试样的断口形貌和裂纹萌生/扩展机理,以及疲劳试样的组织结构与疲劳性能之间的关系.结果表明,疲劳极限随着应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数相同时,疲劳极限随着应力比的减小而降低;2024铝合金的疲劳断口以穿晶断裂为主;第二相颗粒起到了阻碍疲劳裂纹扩展的作用,使2024铝合金的高周疲劳强度得到了明显提高.     

304不锈钢超高周疲劳试验裂尖马氏体相变

采用超声疲劳试验技术对304不锈钢进行了超高周疲劳试验,并用扫描电镜对疲劳断口进行了分析。结果显示304不锈钢在Nf=8.60×108,σα=±206MPa的疲劳断口SEM形貌中的第一裂纹扩展区高倍放大像出现羽毛状片层结构,通过X射线衍射发现在奥氏体峰旁有铁素体峰出现。通过分析推测,304不锈钢超高周疲劳试验形变诱发马氏体相变。     

铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展

用紧凑拉伸试样研究了载荷比、单峰过载和两步高-低幅加载对Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展速率的影响。当应力强度因子范围相同时,疲劳裂纹扩展速率随载荷比的增大而增大。单峰过载使裂纹扩展速率先有短暂的增加后长距离的减速扩展,出现裂纹扩展迟滞现象。两步高-低幅加载时,若两步的最大载荷不同,第二步裂纹扩展也会出现迟滞现象。用两参数模型和Wheeler模型能够预测恒幅载荷和变幅载荷下的疲劳裂纹扩展行为。