GH133合金高温低周疲劳研究

本文研究了GH133合金的循环应力应变反应和低周疲劳性能,并作了位错结构和断口观察。通过对比拉压对称(R=-1)试验和恒定最大正应变(ε_(max)=C)试验,证明平均拉应力起降低寿命的作用。位错结构观察证明,循环使共格γ′质点的相界处产生应力场,最终导致位错的萌生并运动,位错运动又进一步增殖位错。位错运动方式是变化的,由成对切割γ′质点到单位错切割γ′质点和位错绕过γ′质点。滑移带位错结构最终可以出现饱和的梯状结构,与典型的驻留带位错结构相似。晶界和双晶界附近位错密度高,具有位错胞结构,同时可以出现沿晶界裂纹和沿双晶界裂纹。 在循环交变作用下,材料的破坏过程可以分解为三个主要过程,即在循环作用下产生的材料变形行为的变化,疲劳裂纹的形成和疲劳裂纹不断扩展,直到一定的临界大小而发生最终破坏,这三个过程是不同的但又是相互联系的,宏观疲劳现象可以在此基础上作出适当的说明。对于含有共格γ′沉淀相的低层错能奥氏体合金,许多研究[1—8]指出,其循环反应往往是先循环硬化再循环软化,并具有面排列位错结构。关于循环软化现象,一些作者认为[8],共格沉淀相在位错往复切割下碎化而导致回溶,产生软化,更多的作者相信[4],位错切割共格相导致有序强化作用减弱或消失,产生软化。关于循环硬     

铜双晶水平与垂直晶界压缩形貌观察与分析

对含水平和垂直晶界的铜双晶进行了等应压缩,并对变形后的显微形貌进行了观察.结果表明:在等应变压缩条件下,相比于水平晶界双晶体,垂直晶界双晶体中晶界附近的应力更高,孔洞和裂纹数量多于水平晶界的,孔洞和裂纹分布位置更集中于滑移线上或临近滑移线某一侧.     

拉伸与疲劳载荷下α-Ti 中裂纹扩展机制的原子模拟

采用分子动力学方法模拟研究含3种不同裂纹取向的α-Ti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:B(0001)[1-210]裂纹构型通过产生变形孪晶的方式来实现垂直于基面方向的变形,单向拉伸过程中裂尖处有无位错区出现;A(1-210)[10-10]和C(1-210)[0001]裂纹构型的失效过程表明基面位错比柱面位错更容易发射;C裂纹构型循环加载时基面滑移系优先开动,使位错快速发射而释放了裂尖应力,导致裂纹出现止裂现象;含微裂纹α-Ti材料的失效过程是位错形核与发射、缺陷扩展、孪晶变形等共同作用的结果.     

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。     

含裂纹bcc铁拉伸与疲劳的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了含(0 1-1)[011]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.研究结果表明:在拉伸载荷作用下,材料因应力集中导致了由bcc到hcp的相变,裂纹呈现严重钝化扩展现象,整个过程还伴随着层错、孪晶等现象的发生; 在循环载荷作用下时,位错沿滑移面(-2 1 -1)和(2 -1 1)快速发射,从而使得裂尖处应力得以快速释放,疲劳裂纹扩展相当缓慢,裂纹出现止裂现象,整个疲劳加载过程未发现孪晶、相变等现象.     

热机械循环迭加对断裂寿命及断裂行为的影响

在分析热机械疲劳应力状态基础上，测定了热机械疲劳断裂寿命曲线，并研究了断裂特征行为对热机械循环迭加方式的依赖关系．蠕变裂纹萌生与疲劳裂纹扩展是在具有大应变幅的反相迭加（Ｏｕｔ０６ｐｈａｓｅ）条件下试样断裂主要机制．降低热循环范围的最低温度导致疲劳裂纹萌生及扩展，从而加速了穿晶疲劳断裂过程，降低了断裂寿命．晶界上分布的非金属夹杂物诱发沿晶开裂，但晶内夹杂物对穿晶裂纹扩展过程影响不大．减少或消除非金属夹杂物含量有益于提高工程合金断裂抗力．     

循环变形铜双晶体晶界邻域的位错结构特征

用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了循环应变作用下（１３５）同轴非对称铜双晶体中的位错结构。结果表明,双晶晶界领域的位错结构特征不同于远离晶界的区域,一是低应变幅下晶界旁有低密度位错区的形成,二是驻留滑移带结构接近晶界时发生畸变。     

铜双晶体及其组元单晶体循环变形行为的比较：Ⅱ.晶界附近形变？…

在铜双晶体（ＣＢ，ＲＢ）及其组元单晶体（Ｇ１，Ｇ２）循环应力－应变响应比较的基础上，观察了双晶体（ＣＢ，ＲＢ）及其组元单晶体循环变形后表面滑移形貌及疲劳裂纹萌生，结果表明实际双晶体ＲＢ晶界附近组元晶体Ｇ２中出现以次滑移为主的晶界影响区，且晶界区随应变幅增加而变宽。     

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.     

密排六方金属锆及锆—4的疲劳变形机理及寿命预测

研究了锆及锆－４室温、４００℃和６００℃下疲劳机理,结果表明：室温下为｛＾－１０１０｝柱面滑移和｛＾１０１２｝,｛＾－１１２１｝,｛＾１１２２｝孪生变形;４００℃和６００℃下分别出现了锥面和基面滑移,首次建立了密排六方金属锆及锆－４的闰错组态与试验温度和循环应变幅之间的演化规律图,微观分析表明：有序分布的位错花样是疲劳位错稳态分布,是耗散结构自组织的表现。疲劳是不可逆能量耗散过程,循环塑性耗散应变     

Low cycle fatigue behavior of micro-grain casting K4169 superalloy at room temperature

The strain-controlled low cycle fatigue tests were carried out at 298 K for the newly developed micro-grain casting K4169 superalloy,and the cyclic stress response,deformation and fracture behaviors of the alloy were studied.The results show that the fatigue life of the alloy was increased by more than two times compared with other casting K4169 alloys.This can be partly attributed to grain refinement impeding crack initiation and propagation.When the strain amplitude was in plastic range(Δε     

Z3CN20—09M铸造奥氏体不锈钢的低周疲劳行为

采用径向应变控制研究了Z3CN20-09M奥氏体不锈钢在室温和350℃高温下的低周疲劳行为．Z3CN20-09M不锈钢表现为先硬化后软化的循环特性,但硬化的程度取决于温度和应变幅．随着应变幅的增加,Z3CN20-09M钢的低周疲劳循环寿命逐渐减短,而相同循环次数下应力幅也随之提高．温度对Z3CN20-09M钢的低周疲劳行为影响较大,与室温相比高温下的循环硬化程度更高,相同应变幅下高温的低周疲劳寿命也高于常温下的寿命．通过疲劳实验的原位观察发现,奥氏体内的滑移面、夹杂物及奥氏体和铁素体两相的界面是疲劳裂纹可能的形核位置,奥氏体和铁素体两相的不协调变形使相界处产生应力集中,导致疲劳裂纹容易沿两相界面扩展．     

Enhanced fatigue property by fabricating a gradient nanostructured surface layer in a reduced-activation steel

Reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steels have been selected as candidate structural materials for future advanced nuclear power systems. In the present work, the influence of a gradient nanograined surface layer on the fatigue properties of RAFM steels was studied. A gradient nanostructured (GNS) surface layer with a thickness of ～85 ?μm was prepared on RAFM steel utilizing surface mechanical rolling treatment (SMRT). The mean grain size was approximate 43 ?nm at the topmost surface and increased gradually with depth. The results of the stress-controlled tension-compression fatigue experiments showed that the fatigue life enhanced approximately 6 times in the SMRT samples compared to the corresponding base metal counterparts. The relationship between the applied stress amplitude and the fatigue lifetime, and the fracture morphology showed that the surface strengthening and strain delocalization were caused by GNS, which suppressed surface crack initiation process, and hence the fatigue properties of RAFM steels improved. In addition, the deformation compatibility in GNS and coarse-grained boundaries leading to more dislocation interactions and accumulation during the cyclic process, also plays a crucial role in enhancing the fatigue properties of RAFM steel.     

Effects of mechanical strain amplitude on the isothermal fatigue behavior of H13

Isothermal fatigue (IF) tests were performed on H13 tool steel subjected to three different mechanical strain amplitudes at a constant temperature to determine the effects of mechanical strain amplitude on the microstructure of the steel samples. The samples' extent of damage after IF tests was compared by observation of their cracks and calculation of their damage parameters. Optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) were used to observe the microstructure of the samples. Cracks were observed to initiate at the surface because the strains and stresses there were the largest during thermal cycling. Mechanical strain accelerated the damage and softening of the steel. A larger mechanical strain caused greater deformation of the steel, which made the precipitated carbides easier to gather and grow along the deformation direction, possibly resulting in softening of the material or the initiation of cracks.     

晶体相场法模拟大角度晶界的变形过程

采用晶体相场法模拟大角度晶界在外加应力作用下的变形过程,研究外加应力方向对晶界结构及位错运动的影响.研究表明：大角度晶界在应力作用下通过改变晶界曲率和位错运动使晶界发生迁移;晶界处位错形核所需临界应变与体系所受应力方向有关,其中沿平行晶界方向比沿垂直晶界方向所需临界应变更大.研究结果揭示了晶界是位错的源和汇,不仅能够产生位错,而且能够吸收位错.     

扫描电镜电子通道衬度技术研究铜双晶体循环饱和位错组态

通过对垂直晶界［５９１３］⊥［５７９］铜双晶体进行循环变形,借助于扫描电镜电子通道衬度技术研究了组元晶体及晶界附近的循环饱和位错组态,结果表明两个组元晶体的表面滑移程度不同,两个组元晶体中的循环饱和位错组态也明显不同,驻留滑移带只能在组元晶体Ｇ１中形成,驻留滑移带能够到达晶界但不能穿过晶界．讨论了组元晶体取向对双晶体的表面滑移形貌及饱和位错组态的影响以及驻留滑移带与晶界的交互作用．     

一种镍基单晶高温合金的反相热机械疲劳行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在600~900℃的反相位热机械疲劳行为,旨在探讨单晶合金的热疲劳变形及断裂机制,丰富单晶合金热机械疲劳理论。试验结果表明：当应变幅由0.6%增大至0.9%时,热机械疲劳寿命下降,塑性应变量和应力范围增大。合金的循环应力响应曲线在低温半周表现为循环硬化行为,而在高温半周则表现为循环软化行为。合金主要的变形特征是局部区域滑移带的运动。热机械疲劳裂纹起始于试样表面应力集中处,并沿着滑移带在{111}面向合金内部扩展,拉应力对合金的断裂起到了主导作用。     

组合加载下的疲劳破坏与裂纹扩展条件

光滑试样的表面滑移和疲劳破坏是传统的疲劳问题,而疲劳裂纹的扩展属断裂力学的应用范畴.本文用局部应力观点讨论它们各自发生的条件,并说明相互间的区别和联系.在弯扭组合加载条件下,滑移门槛应力、疲劳极限以及裂纹扩展门槛应力的计算结果均与实验值符合较好.     

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.     

铝锂合金超塑性变形模型

透射电镜(TEM)观察表明 8090 和 CP276 铝锂合金在超塑性变形最佳条件下,除位错滑移、攀移和扩散蠕变外,还发生贯穿变形始终的动态回复和动态再结晶,研究指出,8090和 CP276 铝锂合金的超塑性变形是位错滑移、在晶界上的位错攀移、三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶及扩散蠕变共同协调晶界滑动的过程,其中,在晶界上的位错攀移及三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶是两个交替作用的速控过程。本文提出了有动态回复和动态再结晶参与协调晶界滑动的超塑性变形复合模型。由该模型解释了 8090 铝锂合金冷、热轧态及 CP276铝锂合金超塑性能的差异。