25Cr2Ni2MoV钢焊接接头的超高周疲劳特性

对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头开展常温拉压条件下的超高周疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究焊接接头的疲劳失效机理。结果表明,疲劳寿命曲线呈现阶梯状:在高应力短寿命区,疲劳断裂发生在试样母材区较多,多为表面或次表面夹杂物裂纹萌生;在低应力长寿命区,疲劳断裂发生在试样焊缝区较多,多为内部气孔裂纹萌生。断口分析发现:缺陷(裂纹源)尺寸较小或者越靠近试样内部,疲劳寿命越长,且较小缺陷同内部较大缺陷具有相似的裂纹萌生潜力。通过有限元模拟疲劳试样内部微缺陷处的应力分布得出,焊缝区气孔和夹杂物周围的应力集中程度大于母材区夹杂物。结合断口分析发现,母材区弥散分布的粒状颗粒夹杂物数量较多,并且聚集起来会形成更大的缺陷,相比焊缝区夹杂物更容易萌生疲劳裂纹。     

固溶处理对304H焊接接头高温蠕变疲劳性能的影响

采用具有保持时间的高温蠕变疲劳试验,研究了304H不锈钢焊接接头在相同条件下焊态和固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命,使用断口扫描电镜、透射电镜、金相显微镜分析了断裂失效机理及裂纹扩展走向。结果表明,固溶处理可以显著提高焊接接头蠕变疲劳寿命,固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命约为焊态的1. 6倍;焊态下断口主要呈穿晶韧窝断裂特征,固溶处理试样断口呈现穿晶与沿晶混合断裂特征,裂纹从纤维区向结晶区扩展断裂。两种状态均有脆性相碳化铬析出,但固溶处理后Cr的析出率降低,延迟了脆性相的生成;同时,固溶处理后晶粒变大,提高了蠕变强度,这些因素导致固溶态304H焊接接头蠕变疲劳寿命的增加。     

汽车下摆臂断裂失效分析

采用OM、SEM、光谱仪等设备对下摆臂焊合件的焊接接头及母材显微组织、断口显微形貌和材料的化学成分进行了分析,发现焊缝中存在根部裂纹及焊缝边缘存在未熔合缺陷。由于焊接工艺不当,导致下摆臂在焊接接头中形成冷裂纹,在服役应力的作用下,疲劳裂纹扩展,最终导致下摆臂断裂失效。结果表明:通过焊接工艺的改进,增加焊后去应力退火,可降低冷裂纹风险。     

X12CrMoWVNbN10-1-1钢的蠕变-疲劳交互作用及断裂机理

在620℃下对X12CrMoWVNbN10-1-1钢进行不同应力比(0.2～0.4)和保载时间(0.3～1.5 h)下的载荷控制的高位保载蠕变-疲劳试验,对其蠕变-疲劳交互作用及断裂机理进行了分析。结果表明：试验钢的蠕变-疲劳寿命与保载时间呈指数关系,保载时间越长,应力比对蠕变-疲劳寿命的影响越小;从应变角度定义的蠕变-疲劳交互作用因子能够很好地反映稳定阶段的真应力-真应变迟滞回线与蠕变-疲劳寿命的相互作用;试验钢的蠕变-疲劳断裂模式为韧性断裂;当保载时间较短(0.3,0.5 h)时,疲劳损伤抑制蠕变损伤,损伤主要受循环中的疲劳载荷控制,断口中韧窝由疲劳主导作用下的晶界滑移变形引起;当保载时间较长(1.0,1.5 h)时,疲劳损伤促进蠕变损伤,损伤主要受与时间有关的蠕变载荷控制,断口中韧窝由夹杂物或第二相颗粒脱落所致。     

12Cr1MoV钢蠕变-疲劳交互作用特性曲线研制

在12Cr1MoV钢母材和焊接接头两种材料的疲劳寿命，蠕变寿命和蠕变-疲劳交互作用行为试验研究工作的基础上，在国内首次得出了可供工程应用的12Cr1MoV钢的蠕变-疲劳交互作用寿命评定曲线，并与ASME规范的相关曲线进行了比较，应用该曲线对一实例做了寿命评定。     

喷射沉积SiC_p/Al-20Si复合材料高周疲劳行为研究

采用喷射沉积法制备15%(体积分数)4.5 m SiCp/Al-20Si复合材料及其基体合金,研究该组材料的微观组织、力学性能、高周疲劳性能以及疲劳断口形貌。结果表明:SiC颗粒的加入有利于提高材料的力学性能;复合材料及其基体的高调疲劳寿命随应力幅值的减小而增加,在相同应力幅值下,复合材料的疲劳寿命远远高于基体合金。疲劳裂纹从大颗粒的初晶Si的断裂以及Si相脱离处形核,并开始扩展。对于复合材料而言,SiC颗粒尺寸较小,不容易发生断裂,在形核过程中,当裂纹遇到SiC颗粒时,裂纹或者避开增强体,或者受阻于SiC颗粒,只能在基体合金中扩展,从而扩大了疲劳形核区的面积,提高了材料的疲劳寿命。Si颗粒的脱离、Si相的断裂以及SiC颗粒与基体界面的脱粘是复合材料疲劳断裂失效的主要机制。     

电厂电液调节系统油管断裂失效分析

采用光学显微镜、扫描电镜等手段对电厂电液调节系统油管在插接焊接处的断裂原因进行了失效分析.结果表明:断裂面上的显微组织为等轴晶,晶粒尺寸在10～40μm之间,沿管子径向基本均匀分布,且同远离断口的母材显微组织相似,无明显变化;断口有大量的疲劳裂纹,在焊缝组织同母材组织连接处还观察到了焊接缺陷以及部分解理断裂等特征;由于这些疲劳裂纹萌生于管子的表面,而没有在焊接缺陷及晶间萌生,因此断裂失效的主要原因为疲劳破坏,焊接导致的缺陷及脆化有一定的促进作用.     

粉末冶金FGH96镍基高温合金的蠕变-疲劳交互行为

对国产粉末冶金FGH96镍基高温合金在650℃总应变控制下进行了无保载疲劳试验以及最大拉/压应变保载蠕变-疲劳试验,研究了其失效寿命及失效模式,并与铸造GH4169镍基高温合金的失效寿命进行了对比。结果表明:保载的引入降低了FGH96高温合金的失效寿命,与最大拉应变保载相比,最大压应变保载时产生的蠕变损伤更大,失效寿命更短;FGH96高温合金的疲劳失效寿命基本上高于GH4169高温合金的,但是较高应变幅下(大于1.4%)的蠕变-疲劳失效寿命低于GH4169高温合金的,在较低应变幅下(小于1.4%)则相反;FGH96高温合金的疲劳断口和蠕变-疲劳断口均呈现出表面或近表面多裂纹源失效特征。     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

钛合金焊缝与母材缺口试样疲劳对比试验研究

对TC2钛合金焊缝与母材缺口试样进行疲劳对比试验,并观察全部疲劳断口,分析疲劳断裂的起因.结果表明,焊缝缺口试样与母材缺口试样的疲劳寿命相比没有显著差异,在99%可靠度前提下,焊缝缺口试样的安全寿命是母材缺口试样安全寿命的91%.焊缝及母材缺口试样的疲劳断裂均起源于缺口根部表面滑移带.     

位移传感器安装座断口分析

某地铁车辆运营3年后,在日常检修时发现大量安装座加强筋焊趾位置焊缝和母材产生裂纹,部分底板因裂纹扩展导致断裂。对安装座各焊接组件在地铁运营过程中的受力状态以及裂纹焊接组件的化学成分、断口宏观形貌、断口微观形貌进行了分析。结果表明:产品焊缝密集、焊后焊缝内应力较大且未进行退火消除,造成车辆运行过程中产品表面应力环境显著恶化,并最终在薄弱位置形成高周低应力疲劳裂纹。     

保持时间对FGH95粉末盘材料热/机械疲劳行为与寿命的影响

对粉末冶金盘材料FGH95合金进行了应变比为-1.0的同相位三角波和同相位梯形波,350℃(?)600℃热/机械疲劳试验研究。试验结果表明:在相同应变幅下,同相位三角波载荷情况下的热/机械疲劳寿命比同相位梯形波载荷情况下的热/机械疲劳寿命长。研究了在两种载荷情况下材料的热/机械疲劳循环应力响应行为。试样断口的微观分析表明:在热/机械疲劳过程中,同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤;在同相位三角波载荷下,穿晶 沿晶断裂为疲劳断裂的主要特征;在同相位梯形波载荷下,裂纹主要为沿晶萌生与扩展。这是导致在同相位梯形波载荷下疲劳寿命缩短的主要原因。     

P92钢蠕变-疲劳试验的断裂特性分析

以P92钢为研究对象,进行600℃下应力控制的蠕变-疲劳交互作用试验;分别讨论了应力比、保载时间对试验寿命的影响,并对断后试样金相组织和SEM断口形貌进行对比。研究表明,在本试验条件下,应力比、保载时间与试验寿命成反比,且随着保载时间的增加,应力比对寿命变化的影响逐渐减弱;各工况下试样金相组织未发生明显变化,试样断裂特征表现为以蠕变损伤为主的延性韧窝断裂。     

回转窑液压挡轮的应力强度与疲劳断裂分析

运用有限元技术对一台大型沥青焦回转窑设备中发生断裂事故的液压挡轮部件进行强度失效分析及疲劳寿命估算.通过断口形貌分析和金相实验,得出失效机理为疲劳断裂的定性结论.利用Ansys软件建立挡轮的有限元模型,计算出应力和变形等一系列结果.在确定交变应力幅值及裂纹尖端应力强度因子的基础上,利用Paris公式预算含缺陷挡轮的疲劳寿命.在选材及造型设计上对挡轮提出改进方案,将韧性较差的铸钢材料替换为韧性较好的锻钢材料,并优化挡轮轮辐减重孔直径,提高挡轮的疲劳寿命,从而在强度及韧性上均达到最优.设计长期交变应力状态下的工件必须兼顾材料的强度、韧性及其造型优化,这一结论对各类动态承载机械零部件的设计均具有参考价值.     

钛合金材料IMI834高温蠕变和蠕变断裂的连续损伤力学分析

对工作在650℃下的航空发动机用高温钛合金材料IMI834的高温蠕变和蠕变断裂行为进行连续损伤力学分析研究,预测结构件的蠕变断裂寿命,得到的结果和试验数据相吻合。用有限元软件ANSYS分析半圆形缺口圆棒试样的应力应变状态,得到应力三轴因子,进而考虑多轴应力状态对材料蠕变断裂寿命的影响,表明多轴应力显著地降低结构的蠕变断裂寿命。分析结果显示,文中所用的蠕变损伤模型能够合理地描述材料蠕变损伤的累积发展过程,并正确地预测结构件的蠕变断裂寿命。     

25 Cr2 Ni2 MoV 钢焊接接头低周疲劳性能研究

对新型汽轮机焊接转子材料25Cr2Ni2MoV焊接接头及其母材进行应变控制的低周疲劳试验,并进行了相应的断裂位置统计和循环变形特征分析。试验结果表明,焊接削弱了焊接接头的疲劳强度,受到结构非均匀性和各部分力学性能的相对不匹配等因素的影响,焊接接头的断裂位置体现出明显的应变水平依赖性;焊接接头和母材在循环变形过程中均表现出循环软化特性,且存在明显的拉压不对称性,拉压不对称程度随应变水平的增加而增加;与母材相比,焊接接头表现出更加明显的平均应力松弛现象,且平均应力绝对值随着循环周次不断减小最后趋于常值。     

环境温度对16MnR钢应力疲劳的影响

进行16MnR钢不同温度应力控制下的脉动循环试验和SEM分析。发现300℃左右是16MnR钢动态应变时效较为显著的温度，材料具有循环硬化、疲劳强度较高，循环蠕变速率较小的特点，断口具有延性脆性综合特征，循环蠕变孔洞较少，循环蠕变对材料疲劳不起主要的作用；当温度低于或高于蓝脆温度时，材料具有循环软化、疲劳强度较低、循环蠕变速率较大的特点，循环蠕变对疲劳损伤起着加速的作用，断口具有延性断裂特征，循环蠕变孔洞较多；但当温度接近材料再结晶温度时，由于发生了再结晶，使断口韧窝和蠕变孔洞变浅、变小。     

TA15钛合金电子束焊接接头高周疲劳性能研究

研究了TA15钛合金电子束焊接接头的高周疲劳性能和疲劳断口的金相组织,得到TA15钛合金棒状母材和2种电子束焊接接头的中值疲劳寿命,计算得到了电子束焊接接头99%可靠度和95%置信度水平上的安全疲劳寿命,分析了断口金相组织结构对疲劳性能的影响。研究结果可对TA15钛合金电子束焊接接头结构的工程应用提供参考。     

焊接残余应力对桥壳疲劳寿命的影响研究

桥壳作为驱动桥的核心零部件,其疲劳寿命对驱动桥乃至整车安全性有决定性的影响,对于制造过程中使用焊接工艺的桥壳,焊接残余应力的影响不容忽略。以某商用车驱动桥桥壳为研究对象,在获得其焊接残余应力分布的基础上,分析焊接残余应力对桥壳在静态载荷和动态循环载荷工况下应力应变响应的影响。使用应变-寿命分析方法对桥壳在弯曲疲劳试验工况下的寿命进行预测,并与台架试验结果进行对比,结果表明考虑焊接残余应力时,疲劳寿命次数和破坏位置的预测结果与试验结果吻合较好,验证桥壳疲劳寿命预测模型的准确性。与不考虑焊接残余应力的模型相比,焊接残余应力导致桥壳疲劳寿命次数降低,且失效位置不同,说明了疲劳寿命预测时考虑焊接残余应力的必要性。本文方法可推广应用于含有焊接残余应力的结构疲劳寿命预测,为结构优化设计提供指导。     

蠕变断裂:从物理失效机制到结构寿命预测

蠕变断裂是高温部件最主要的失效模式之一,其特点在于失效前难见征兆,往往造成灾难性后果.澄清材料蠕变失效的微观物理机制,建立恰当的蠕变寿命预测模型是解决高温结构完整性评定、蠕变全寿命设计与运行维护的关键问题.从蠕变失效的微观物理机制出发,以蠕变寿命预测方法为落脚点,详细阐述蠕变孔洞形核长大机理,对描述蠕变损伤行为的力学模型进行归纳整理,总结对高温结构及其焊接接头进行蠕变寿命预测所需的基础理论与关键技术,对基于数字孪生技术的寿命预测方法进行展望.