激光冲击、喷丸及其复合强化对TB6钛合金表面完整性及轴向疲劳性能的影响

 为了提升TB6钛合金旋翼的疲劳性能,研究了喷丸、激光冲击及两者的复合工艺等3种表面强化方法对钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律。采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪和扫描电子显微镜分别对加工前后试样的表面形貌、表面残余应力分布和微观组织等表面完整性特征参数进行了表征,并采用疲劳试验机分别测试了轴向应力疲劳寿命和疲劳极限。结果表明,在相同加载条件下,相比磨削试样,采用单一的激光冲击试样的轴向应力疲劳寿命提高了32.2倍,而单一的喷丸和激光冲击+喷丸复合强化的试样疲劳寿命均提高了至少126.4倍。激光冲击+喷丸复合强化表现出比单一的喷丸强化更优的疲劳极限增益效果。     

确定P—S—N曲线表达式的两种方法

采用新的应力疲劳公式,对白铜丝的疲劳试验结果进行了拟合,给出了具有理论疲劳极限的Ｓ－Ｎ曲线表达式．对疲劳寿命及拟合结果的统计分析表明：同一应力水平下的疲劳寿命遵从对数正态分布,疲劳抗力系数和理论疲劳极限也遵从对数正态分布．据此,给出了两种确定带存活率疲劳寿命曲线（Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线）表达式的方法．     

600MPa级汽车大梁钢疲劳极限确定和疲劳断裂原因分析

为确定薄板坯连铸连轧(flexible thin slab rolling,FTSR)短流程生产线生产的600 MPa级汽车大梁钢是否满足装车要求,利用升降法研究了汽车大梁钢的抗疲劳性能。研究结果表明,采用对数试验应力-对数疲劳寿命拟合的方法要优于直接采用试验应力-疲劳寿命,计算得到了不同存活率下的P-S-N曲线,由图得到疲劳极限强度为294 MPa,经过数值计算得到的疲劳极限强度为287. 1 MPa。采用扫描电子显微镜对疲劳试样进行了断口分析,发现疲劳断裂为韧性断裂,夹杂物为裂纹的起源,结合试验钢的性能指标和装车试用考核结果,确认FTSR生产线开发的600 MPa级汽车大梁钢满足装车使用要求。     

车轮轮辐钢S500LF的疲劳性能

采用PX-100高频疲劳试验机,采用升降法在振动频率为100~120Hz、拉-压对称应力的条件下测定车轮轮辐钢S500LF的疲劳极限,并用数理统计方法分析确认疲劳极限为291MPa.此值作为母体50%存活率下的疲劳极限估计量时,以95%的置信度,相对误差不超过±5%.在测定的疲劳极限基础上,采用多试样法测得不同应力水平下的疲劳寿命,据此绘制出应力-寿命关系曲线,通过回归得到应力-寿命曲线方程.对试样断口进行了理论分析,结果表明试验钢韧性良好.     

铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接接头疲劳性能研究

为克服现有铝合金连接手段可靠性低,外观质量差等缺点,采用双轴肩搅拌摩擦焊接新工艺对母材为6061-T6,壁厚为2.5 mm轨道交通铝合金空腔型材进行焊接,并研究了新工艺下焊接接头的疲劳特性.针对金属疲劳特性,首先在中短寿命（疲劳寿命N<2×106）区利用成组法对试验数据进行处理,然后对长寿命区指定了两组循环基数（N=2×106,N=107）使用升降法进行数据处理,获得该工艺下焊接接头的条件疲劳极限,最后结合物理现象及数学方法删选可疑值后,根据可靠性理论,采用三参数幂函数拟合法分别求出了焊接接头在置信度γ=95%时,存活率为p=99%、95%、90%、50%的p-S-N曲线.疲劳试验结果表明：正反面接头的疲劳极限分别为69.5 MPa、85 MPa;焊接接头大多断裂在搅拌摩擦焊接的返回边处,飞边缺陷是影响接头疲劳极限的重要原因,正反面的焊接工艺是导致正反面疲劳性能产生差异的主要原因;双轴肩搅拌摩擦焊接接头比熔焊接头疲劳性能更加优异.     

压痕对车轴钢疲劳极限的影响

利用硬度计在光滑沙漏状车轴钢疲劳试样上制造压痕,同时利用电火花在试样上加工缺陷,通过疲劳试验研究两种缺陷尺寸与试样疲劳极限之间的关系。将两类试样的测试结果和基于材料硬度、缺陷投影面积的Murakami模型计算结果进行对比。利用扫描电镜观察试样疲劳断口。结果表明,与计算结果相比较,压痕局部塑性变形导致的加工硬化和残余应力对试样的疲劳强度没有影响,裂纹依然从应力集中最大的压痕底部起裂。电火花缺陷表面粗糙度较大引起二次缺口效应,表面硬脆的重铸白层上还有微孔和微裂纹存在,导致此类试样疲劳强度低于模型计算结果,裂纹从电火花缺口底部多处萌生。     

高强度钢焊接接头疲劳强度

采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法,在应力比r=0.12下,对高强度钢的两种焊接接头进行了拉拉疲劳强度试验。并对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析。试验结果和分析表明:对接接头的疲劳极限σ0.12为230MPa;角接接头的疲劳极限σ0.12为130MPa;同时得到了两种接头型式的S N曲线和P S N曲线方程。在应力水平250MPa、置信度95%条件下,对接接头的中值疲劳寿命是角接接头中值疲劳寿命的6～8倍。     

预制表面缺陷对钢滚动接触疲劳性能的影响

10Cr4Ni4Mo4V是在Cr4Mo4V的基础上研制的航空发动机轴承材料。为研究表面损伤对这两种材料疲劳性能的影响,通过含预制表面缺陷和无表面缺陷的滚动接触疲劳实验,研究了表面洛氏缺陷及其边缘突起对这两种材料接触疲劳性能的影响。通过扫描电镜分析了含表面缺陷试样疲劳发展过程及失效形貌,用X射线应力测定仪测量了试样实验前后残余应力随表面至芯部距离的分布。结果表明,表面缺陷以及缺陷边缘的突起均使材料疲劳性能劣化,10Cr4Ni4Mo4V的接触疲劳性能优于Cr4Mo4V。     

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...     

合金钢疲劳极限的快速测定

对１６Ｍｎ合金钢试作进行了旋转弯曲疲劳极限的快速测定。六根试作试验结果表明，该方法与传统的升降法所得到的结果相比，其相对误差均小于５％。该方法只需一二根试件，在二三个小时内就可测定出材料的疲劳极限，可快速地为机械的疲劳设计提供可靠的数据。     

基于全寿命裂纹扩展模型的钛合金球壳疲劳可靠性分析

针对钛合金材料短裂纹扩展寿命较长的特点,基于Brown-Hobson模型的疲劳全寿命计算模型,给出了钛合金球壳疲劳寿命估算的解决方案.根据不含交叉项的二次响应面法对全寿命模型进行可靠性分析,得出不同参数对其可靠度指标的影响,并将此方法应用于我国正在研制中的4.5 km级载人深潜器的疲劳分析中.根据载荷-循环次数历程对其进行确定性裂纹扩展分析,在此基础上分析了不同参数对结构可靠性的影响.     

EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术（electron beam melting,EBM）是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金（TC4钛合金）的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。     

新型TB9钛合金屈服强度的应变率效应

TB9钛合金具有良好的力学性能,被广泛应用于航空航天领域,其材料强度随服役过程中应力作用的加载速率变化而发生改变。本文采用三次真空自耗熔炼工艺制备TB9钛合金材料,并对其开展了室温拉伸和压缩试验,研究了该材料在应变率0.0005-0.1 s-1范围内的力学性能及其变形行为,讨论了应变率对该材料压缩和拉伸屈服强度的影响。结果表明：应变率由0.0005 s-1升高至0.1 s-1时,TB9钛合金材料的平均压缩屈服强度由955.96 MPa升高至1 090.94 MPa,平均拉伸屈服强度由971.01 MPa升高至1 096.31 MPa,压缩屈服强度应变率敏感系数为0.02273,拉伸屈服强度应变率敏感系数为0.02110;随着应变率的增大,TB9钛合金拉伸试件断面韧窝尺寸及深度均会变小,这是由于应变率大时,瞬间局部能量增加,裂纹萌生和扩展速度加快所致。此外,本文采用线性函数拟合了TB9钛合金材料室温下屈服强度增强因子与自然对数应变率之间的关系,可用于预测TB9钛合金在工程应用中的力学行为。     

生理盐水浸泡对Ti-6Al-4V钛合金超高周疲劳性能的影响

钛和钛合金可作为医用植入材料,有必要对其耐人体体液的侵蚀性能进行研究。用超声疲劳试验技术研究了室温下生理盐水中浸泡24 h后Ti-6A l-4V钛合金(TC4)的超高周疲劳性能,并与未经浸泡的同种材料的超声疲劳性能进行了对比分析。疲劳试验进行到109循环周次以上。结果显示,实验材料的S-N曲线均呈现缓慢下降趋势,材料不存在常规疲劳中的疲劳极限,经生理盐水浸泡24 h后对实验材料的超高周疲劳寿命无明显影响。用电子扫描电镜观测,实验材料表现为穿晶塑性断裂。     

基于微观划痕的疲劳强度预测

对微观划痕进行截面观察，确定截面具有三角形的几何特征.提出了适用于确定微观划痕投影面积的两原则:方向无关和长度无关.据此，建立了微观划痕疲劳损伤参数area_Δ，定义为多条微观划痕中截面三角形面积平方根的最大值.最后，结合area_Δ和Murakami理论，提出了基于微观划痕的疲劳强度模型.利用高强度钢FV520B-I疲劳强度实验和Ti-6Al-4V钛合金现有文献数据对模型进行验证，结果表明该模型具有一定的疲劳强度预测精度优势.     

TA6V钛合金疲劳小裂纹扩展行为研究

根据航空标准HB7705—2001《金属材料疲劳小裂纹扩展速率试验方法》,采用复型法对TA6V钛合金SENT试样进行疲劳小裂纹试验,分析TA6V钛合金在应力比R=-1和R=0时不同应力水平下的疲劳小裂纹扩展规律;通过扫描电镜观察小裂纹在显微组织中的扩展路径和扩展方式,研究小裂纹顶端和晶界的交互作用,对疲劳小裂纹扩展的奇异性进行解释,从而对TA6V钛合金在我国的使用提供参考。     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

钛合金TA7在醇溶液中的应力腐蚀敏感性

采用慢应变速率实验研究了钛合金TA7在醇类溶液等介质中的应力腐蚀敏感性，结果表明：钛合金TA7在醇类溶液中有明显的应力腐蚀敏感性；在含有Cl^-离子的醇类溶液中有强烈的应力腐蚀敏感性；钛合金的应力腐蚀开裂通常源自点蚀孔底部。     

基于ANSYS的TA6V钛合金SENT试样疲劳分析

借助大型通用有限元分析软件ANSYS TA6V钛合金SENT试样在不同应力比和不同应力水平下进行疲劳分析,根据SENT试样缺口处的应力状态分布预测疲劳危险部位,采用局部应力应变法,结合材料循环的S-N曲线,通过弹塑性有限元法将构件上的名义应力谱转换成危险部位的局部应力应变谱,从而根据危险部位的局部应力应变历程采用Miner累积损伤理论对构件的疲劳寿命进行估算,并与疲劳小裂纹试验数据进行比较分析.ANSYS疲劳分析预测的疲劳寿命与试验结果基本接近,体现了有限元软件ANSYS在预测构件疲劳寿命方面的优越性和可靠性;采用ANSYS疲劳分析可有效确定疲劳裂纹易发区域,预测SENT试样在不同应力比和不同应力水平的疲劳寿命,为TA6V钛合金结构疲劳安全设计及其可靠性提供科学依据.