用表面裂纹法研究表面强化层的疲劳裂纹扩展抗力

本文采用表面裂纹法研究了碳氮共渗、氮化及滚压强化层的疲劳裂纹扩展抗力。与常规的紧凑拉伸试验法相比，前者能灵敏地反映出表面强化层组织及性能的影响，后者却难于实现。试验证实碳氮共渗层中由于残留奥氏体应变诱发马氏体，导致疲劳裂纹扩展抗力提高；滚压强化及渗氮均能提高表面压应力，也使疲劳裂纹扩展抗力明显提高。     

铜合金表面疲劳裂纹的扩展行为

提出用带表面裂纹的试样来显示滚压试样表面强化层的疲劳裂纹扩展,并对黄铜及纯铜表面裂纹扩展行为进行了研究.结果表明:无残余应力作用时变形组织也可提高疲劳裂纹扩展抗力;相同应力强度因子幅度ΔK下,黄铜的裂纹扩展速率低于纯铜,即黄铜强化效果优于纯铜.断口分析表明其疲劳裂纹扩展是一种再生核扩展机制.     

球墨铸铁疲劳裂纹的发生和发展

本文用线弹性断裂力学原理和方法研究稀土镁球墨铸铁的疲劳断裂问题.试验研究球墨铸铁为铁素体、珠光体以及珠光体加部分牛眼状铁素体等三种不同强度、塑性、韧性配合的基体组织.通过不同加载制度,不同缺口尖锐度试样的疲劳裂纹萌生期N_0、疲劳裂纹扩展速率da/dN、门槛值△K_(th)以及条件疲劳总寿命N_f的测定,得出主要看法为:球铁具有较高的△K_(th)值,随珠光体量增加△K_(?)下降,至80%珠光体后趋向稳定;疲劳裂纹孕育期的大小,在尖锐缺口时主要取决于塑性,较平缓缺口时主要取决于强度.疲劳裂纹扩展速率da/dN随塑性的增加而降低,低周疲劳,尖锐缺口试样,增加塑性有助于疲劳寿命的提高;高周疲劳,钝缺口试样,增加强度有助于疲劳寿命的提高.还通过电境断口分析,就球铁疲劳裂纹萌生、扩展的特征及其微观机制进行了简明的描述和解释.     

固溶温度和稳定化工艺对GH864合金疲劳裂纹扩展特征的影响

研究了不同固溶温度和稳定化处理工艺后GH864合金的裂纹扩展情况.通过分析合金的微观组织,断口形貌以及lga--lgNi/Nf、da/dN--a及da/dN--N曲线特征,定量计算了裂纹萌生期、稳态扩展期及失稳瞬断期在整个疲劳断裂过程中所占比例,并进一步分析影响各自比例的微观组织因素.结果表明:随着固溶温度的升高,晶粒尺寸增加,合金的裂纹扩展速率降低,同时裂纹的萌生期的比例降低,而裂纹的扩展期比例则会增加;随稳定化时间的延长和温度的升高,晶界碳化物析出量增加,降低了合金的裂纹扩展速率,但是裂纹萌生期的比例在逐渐增加.     

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.     

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。     

喷丸对渗碳件接触疲劳及裂纹萌生扩展的影响

通过一系列试验表明,渗碳后喷丸可使接触疲劳强度提高,在低接触应力下接触疲劳寿命明显增加。对接触疲劳裂纹萌生。扩展至失效全过程所进行的连续追踪观测发现,裂纹萌生于渗碳过渡区;渗碳喷丸后比未喷丸的裂纹萌生寿命增加,扩展速率减小;由钢丸坑连接而成的浅小裂纹为非扩展裂纹;在喷丸影响区,裂纹扩展不同于未喷丸试件,即主裂纹平行于表面扩展;分叉裂纹发生再次分叉向下扩展,从而使裂纹扩展后期速率减小。     

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.     

接触疲劳剥落过程的研究

本文在渗碳试件的实验基础上,第一次用涡流和着色探伤法测定了接触疲劳裂坟产生的时间和位置;用金相法连续观察了接触疲劳裂纹扩展的形貌并测定了接触疲劳裂纹扩展速率;用扫描电镜观察了接触疲劳断口不同区域的形貌,并提出用鳞片花样进行描述。实验结果表明:钢的成分与组织对接触疲劳寿命的影响可以通过对接触疲劳裂纹相对萌生期(N_0),稳定扩展期(N_1),快速扩展期(N_2),裂纹扩展速率(da/dN),断口形貌和裂纹扩展特征等来进行深入的研究。     

形变强化对疲劳裂纹萌生的组织效应

通过对３种具有不同冷轧变形量且滚压分层组织的残余应力为零的薄板试样进行疲劳试验,探讨了在残余应力效应与组织强化效应分离后,形变强化对疲劳裂纹萌生的作用．结果表明：提高材料屈服强度,降低应力水平,则形变强化对延缓裂纹萌生的效果显著．     

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.     

提高汽轮机叶片材料2Cr13疲劳强度的试验研究

本文研究了叶片用钢2Cr13在各种处理状态下的疲劳性能。试验结果表明:经喷丸,滚压、氮化以及氮化加滚压等表面强化处理或适当降低回火温度,疲劳强度都有较显著的提高。这为叶片材料提高疲劳寿命提供了一些有效途径。     

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。     

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.     

基体强度与氮化钢的疲劳

通过改变预处理回火温度，研究了基体强度对氮化钢渗氮件三点弯曲疲劳强度的影响。结果表明：硬基的光滑渗氮试样比软基者的σａ提高２２％，此增益归因于３种相关的因素延滞表面疲劳裂纹的萌生及其进入快速扩展阶段的有利作用。     

往复荷载下钢管与螺栓球组配试件超低周疲劳断裂试验研究

为探索螺栓球网格结构强震下的破坏特征,对五个螺栓球节点管球组配试件进行了轴向往复荷载作用下的超低周疲劳断裂试验研究。通过电镜扫描观察试件超低周疲劳破坏的裂纹萌生、扩展、断裂、断口形态,并分析了裂纹萌生原因、断裂机理。结果表明:当承受拉-压循环荷载时,试件均经历失稳弯曲、在杆件中点附近局部凹陷、在凹陷处表面萌生裂纹、进一步开裂、最后发生低周疲劳断裂的过程;其断口形状为椭圆,有明显塑性变形,为韧性断裂,疲劳寿命均很短。当试件承受较大压幅值的循环荷载时,试件首先失稳弯曲,然后在杆件中点附近局部凹陷,继而在凹陷处表面萌生裂纹,但同时因节点中高强螺栓承受弯剪作用,在螺栓牙底应力集中位置,也多处同时萌生裂纹并迅速发展,最后导致高强螺栓先于杆件局部凹陷处发生疲劳断裂;其断口表面光滑平整,没有明显塑性变形,疲劳寿命只有18次。     

螺纹滚压强化疲劳断口的分析

利用（ＳＥＭ）观察了３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ钢经螺纹滚压的疲劳断口与未经螺纹滚压的疲劳断口，研究和分析螺纹滚压强化对３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ钢制造的零件螺纹部位疲劳寿命的影响，结果表明，该钢滚压后的疲劳极限提高了５８．６％，疲劳源减少，疲劳扩展区明显增大，疲劳条带间距变窄，初步探讨了滚压强化的机理。     

表面小裂纹热锻模的疲劳寿命分析

基于材料自由表面特性并考虑微观结构非均匀性,根据金属疲劳裂纹萌生的微细观过程理论,建立材料表面塑性应变分布模型。由于局部塑性变形在萌生可分辨疲劳小裂纹的循环周次中占主导地位,本文将局部应力应变法应用于热锻模表面小裂纹扩展分析,选取表面最大塑性应变作为出现热机械疲劳裂纹的预测依据,计算的热锻模使用寿命与实践结果相吻合,能基本预测热锻模寿命。该模型为表面强化工艺能提高热锻模的疲劳强度提供了理论依据。     

含表面梯度强化层的缺口样品疲劳起源寿命数值分析

以Tanaka和Mura的疲劳模型为基础,引入弹性应变能释放项,构建了新的适用于复杂载荷的疲劳模型.利用这一模型,结合表面梯度强化层的强度、模量和残余应力的梯度分布特征,对含表面梯度强化层的缺口样品的疲劳形核寿命分布及裂纹起源位置进行数值分析.分析结果表明:表面强化会增加样品的疲劳形核寿命,强化层厚度变化会改变裂纹形核位置.存在临界厚度,当强化层厚度小于临界厚度,裂纹形核于强化层与基体的界面;反之,形核于强化亚表层或表面.硬度比增加会导致临界厚度增加,过大的残余压应力会降低疲劳裂纹形核寿命.相同名义应力集中系数值(Kt)的样品在同一强化工艺处理后,其疲劳形核寿命和裂纹起源位置随样品缺口尺寸而改变.