国产EA4T车轴钢的缺口疲劳性能

在国产EA4T车轴钢上截取光滑和缺口疲劳试样,按照EN13261-2009标准测试了其旋转弯曲疲劳性能,并观察了断口形貌。结果表明:国产EA4T车轴钢的光滑和缺口疲劳强度均满足EN13261-2009的要求,缺口试样的疲劳强度比光滑试样的低30%左右;光滑试样的裂纹萌生于试样表面,呈单源开裂,缺口试样的裂纹萌生于缺口根部,呈多源开裂;未断缺口试样的缺口根部存在非扩展性裂纹。     

EA1N车轴材质高周疲劳性能研究

对国产EA1N材质车轴疲劳性能进行研究，分别对不同含碳量的EA1N车轴光滑小试样和缺口小试样进行高周旋转弯曲试验，进过107次旋转弯曲循环负载后，试样50%以上试样未有损伤或断裂。含碳量较高的试样疲劳强度更高。     

40车轴钢的缺口疲劳性能

在保证车轴钢冶金质量和力学性能符合标准要求的基础上，对40车轴钢进行光滑试样与缺口试样疲劳性能试验，缺口试样按照EN 13261—2020标准加工，并借助扫描电子显微镜表征了钢的疲劳断裂形貌。结果表明：40车轴钢光滑试样与缺口试样比EN 13261标准中EA1N钢（相当于35钢）疲劳极限标准下限分别提高43%、18%，缺口试样提高的疲劳强度比光滑试样降低32%；光滑试样与缺口试样均为表面裂纹萌生机制，光滑试样为单源开裂，而缺口试样为多源开裂。     

激光冲击强化对LZ50车轴钢疲劳性能影响试验研究

为了研究激光冲击强化对LZ50车轴钢疲劳性能的影响，对LZ50车轴钢车轴试样进行激光冲击强化处理并在JD-1轮轨模拟试验机上进行了旋转弯曲疲劳试验。结果显示：采用不同参数激光冲击强化处理的2个试样，硬度分别增大18%和27%；对LZ50车轴钢试样的过盈配合面进行激光冲击处理后产生了塑性变形层，形成了较高的残余压应力；试验后试样过盈配合表面两侧区域都可见明显的环形损伤带，出现了以剥落和犁沟为特征的磨损形貌，损伤机制为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。激光冲击前后试样断口形貌特征相似，疲劳源呈多源性；在裂纹扩展区域段观察到大量的准解理小面，属于脆性穿晶断裂；瞬断区内出现大量韧窝和二次裂纹。激光冲击强化处理显著提高了车轴钢的疲劳寿命，不同激光冲击强化参数处理的2个车轴试样疲劳寿命比未处理试样疲劳寿命分别提高31%和21%。     

喷丸表面强化处理Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的弯曲疲劳性能及断口分析

由于孔隙的存在,粉末冶金材料的性能较差,尤其是疲劳性能,而喷丸后续处理工艺可显著降低材料表面的孔隙率,对疲劳性能起到明显的强化效果。因此,采用超声弯曲疲劳试验方法研究喷丸后续处理工艺对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末冶金烧结材料的疲劳性能的影响。结果显示,喷丸处理可以明显提高Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C烧结钢的疲劳性能,在106、107、108循环周次条件下,喷丸前试样的条件疲劳极限分别为424 MPa、311 MPa和229 MPa,喷丸后的分别为513 MPa、421 MPa和346 MPa,依次提高了21.0%、35.2%和51.0%。断口分析发现,喷丸处理对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的疲劳断口的影响主要在裂纹萌生阶段,未经过喷丸处理的试样裂纹源集中在应力最大的试样喷丸表面棱角处,喷丸强化后的试样疲劳裂纹在喷丸表面的亚表面萌生,裂纹源有向试样亚表面移动的趋势。     

基于晶体塑性理论的GH4169合金缺口效应研究

基于晶体塑性本构模型,通过生成宏观试样的代表性体积单元,对单轴拉伸和疲劳试验数据进行拟合以获得满足模拟条件的相关参数,并分析了网格尺寸对模拟结果的影响;采用累积塑性滑移和能量耗散作为指示因子进行疲劳裂纹萌生寿命预测,研究缺口尺寸对疲劳裂纹萌生寿命的影响.结果表明:采用所建立的模型获得的含缺口试样的疲劳裂纹萌生寿命在试验获得的疲劳裂纹萌生寿命2倍误差带内,模型具有较好的预测精度;当缺口尺寸较小时,随着缺口尺寸的增加,试样疲劳裂纹萌生寿命显著降低,当缺口尺寸大于临界缺口尺寸时,试样疲劳裂纹萌生寿命几乎不受缺口尺寸影响.     

搅拌摩擦修复2A12铝合金的疲劳性能和裂纹扩展行为

对含预制裂纹的2A12铝合金板进行搅拌摩擦修复试验,并对修复后的试样进行热处理。对修复试样与修复后热处理试样分别进行疲劳寿命与裂纹扩展试验,研究其疲劳性能的变化。结果表明:热处理可使修复试样疲劳寿命延长34.79%,修复试样与修复后热处理试样分别达到母材寿命的36.98%和49.89%,裂纹扩展速率均比母材的快,但修复后热处理试样裂纹扩展速率较修复试样低。疲劳断口显示,母材裂纹源多萌生于表面或亚表面夹杂相,修复试样与修复后热处理试样裂纹源多萌生于修复区和母材的界面,且裂纹源通常不止一处。稳定扩展区修复试样的修复区没有河流花样的解理面,而热处理后试样出现与母材类似的致密紧凑疲劳条带。修复试样瞬断区中由大量细小的等轴韧窝组成,而修复后热处理试样韧窝大小不等,但分布均匀。     

车轴钢小试样及实物车轴中夹杂物尺寸对疲劳强度影响的差异分析

测试35CrMo车轴钢小试样109周次旋转弯曲S-N曲线并观察裂纹萌生起始位置.结果表明:试样存在传统的疲劳极限,不出现由夹杂物引起的疲劳破坏.既有文献报道,合金车轴钢小试样虽然不出现夹杂物引起疲劳破坏的现象,但全尺寸车轴试样的疲劳试验却发现夹杂物能引起疲劳破坏.这是因为全尺寸车轴试样所受弯曲应力梯度远小于小试样所受弯曲应力梯度,且含有大尺寸夹杂物的概率较大.考虑这一原因,提出通过超声疲劳试验快速获得试样内最大夹杂物尺寸,并利用统计极值法分别预测小试样和实物车轴内最大夹杂物尺寸的方法.基于预测结果,分析最大夹杂物尺寸对小试样和实物车轴疲劳强度影响的差异.试验结果和分析结果为合金钢车轴的开发和强度设计提供了一定的理论依据.     

单晶硅微薄膜V形缺口疲劳特性研究

采用微疲劳试验机与光学显微镜搭建一套微观疲劳试验系统。在室温条件下,通过控制载荷对单侧V形缺口的单晶硅微薄膜进行脉动拉伸疲劳试验,研究其疲劳特性。首先将单晶硅微薄膜V形缺口试样疲劳试验数据与单晶硅微薄膜光滑试样疲劳试验数据进行对比,分析发现V形缺口的引入会使单晶硅试样的疲劳强度及其抵抗弯矩的能力显著降低。试验结果表明,缺口试样发生破坏的应力幅度界限分明,与光滑试样相比,其破坏特性更趋近于宏观脆性断裂。通过扫描电镜分别对单晶硅微薄膜光滑试样与V形缺口试样进行断口分析,发现单晶硅微薄膜在循环应力作用下出现脆性疲劳破坏行为,其断口形貌特征与晶体结构密切相关。     

铁路车轴过盈配合结构微动磨损与微动疲劳研究

采用比例车轴试样进行了微动疲劳试验,试验后观察了车轴微动区的微动磨损与微动疲劳损伤,并测量了车轮、车轴配合面磨损轮廓.试验结果表明,车轴轮座边缘微动区的磨损机理主要是磨粒磨损、剥层和氧化磨损.车轴微动疲劳裂纹萌生于微动区内部,初始裂纹角度与车轴径向方向成29°.随着裂纹的扩展,裂纹角度逐渐减小.此后,基于测量的磨损轮廓...     

2Cr13钢离子渗氮处理的疲劳强度

２Ｃｒ１３钢离子渗氮处理提高光滑和缺口疲劳极限的幅度与疲劳薄弱环节有关。氮化光滑试样的薄弱环节在表下，疲劳强度主要取决于心部性能，较调质态提高仅为２５％，未能发挥氮化层性能潜力；缺口试验的薄弱环节的氮化层，疲劳强度主要取决于氮化性能，较调质态提高达９２％，使氮化层性能得到充分发展。用主要取决于心部性能的光滑疲劳极限与主要取决于氮化层性能的缺口疲劳极限计算的ｑ值具有非真实性。     

高速列车S38C车轴外物致损模拟与疲劳性能研究

外物致损是造成高速列车车轴疲劳失效的典型因素之一。采用立体显微镜分析CRH2系列高速列车S38C车轴表面的损伤，借助轻型空气炮向取于S38C车轴表面的四点弯曲疲劳试样发射多种角度、速度的球形和正方形钨钢弹体，模拟外物致损。采用逐步加载法来确定损伤试样的疲劳强度，在场发射扫描电镜下观测损伤特征和疲劳断口形貌。结果表明，车轴表面的损伤大部分是刮擦，少部分是缺口。球形弹体垂直冲击损伤随着速度的增大变得逐渐恶劣，材料缺失和微裂纹分布在损伤边缘，底部出现绝热剪切带引发的裂纹；球形弹体斜冲击损伤出射区主要以形变和剪切作用下的掉块为主；方形弹体冲击损伤形态各异。不考虑损伤形成的工况，试样疲劳强度随着损伤深度的增加而降低，深度作为损伤评价参数具有可操作性，本研究为车轴外物致损检修标准的制定提供参考。     

钝缺口试样疲劳短裂纹形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢钝缺口试样进行了对称拉疲劳试验，应用复型方法观察了疲劳理解纹沿缺口根部的早期形成与扩展过程；测量了表面裂纹形状随裂纹长度的变化规律。结果表明，试样的破坏是由形成于缺口根部表面的短裂纹扩展、裂纹间连接形成穿透裂纹，穿透裂纹扩则引起的。     

缺口应力集中对40Cr钢高周疲劳性能的影响

用超声疲劳试验方法测定了40Cr钢光滑试样和缺口试样在105-1010周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线,研究了缺口应力集中对疲劳性能的影响。结果表明:两种试样的S-N曲线呈现连续下降特征;缺口应力集中对材料疲劳性能的影响表现出阶段性特征,存在一个临界疲劳断裂循环数Nc,当疲劳断裂周次NfNc,Kf随Nf的增加而减小。在107以上超高周范围内,Kf和疲劳缺口敏感系数g与Nf具有线性关系。     

Fatigue growth simulation for cracks in notched and unnotched round bars

Fatigue crack growth for various cracks in both unnotched and notched round bars is directly modelled by using an automated numerical technique, which calculates the stress intensity factors at a set of points on the crack front through the three-dimensional finite element method and then applies an appropriate fatigue crack growth law to this set of points to obtain a new crack front. This technique also has the capability of automatic remeshing so that the crack propagation can conveniently be followed. The crack geometries modelled in the present paper include a small internal crack near the free boundary and several initially part-elliptical or irregular surface cracks in a smooth round bar under tension, a surface crack in different semi-circularly notched bars under both tension and bending, a surface crack initiated from the root of a V-notched bar and an initially twin crack configuration within a smooth tension bar. Some fatigue growth characteristics relevant to each type of cracks are also revealed. It is demonstrated that the fatigue growth analyses of various cracks commonly occurring in bars can reliably be made by using the automated finite element technique proposed.     

含不同尺寸菱形压痕EA4T钢车轴的疲劳性能

采用菱形压头挤压的方式在取自EA4T钢车轴的弯曲疲劳试样上预制压痕缺陷,研究了压痕深度对疲劳强度的影响;采用修正Murakami模型预测了疲劳强度,并引入疲劳指示参数构建了疲劳寿命预测模型;采用有限元法对压痕附近的应变进行了分析。结果表明:试样的疲劳强度随压痕深度的增加而降低,与无压痕试样相比,压痕深度为0.052 mm时,疲劳强度略微降低,压痕深度为0.112,0.504 mm时,疲劳强度显著降低;疲劳裂纹萌生于应力集中较大的预制压痕短对角线处,有限元模拟结果较准确;修正的Murakami模型能较准确地预测含压痕缺陷试样的疲劳强度,构建的疲劳寿命预测模型具有较高的精度,实测值与预测值之比均在2倍误差因子范围内。     

GCr15钢超长寿命疲劳破坏的机理

通过对试样断口的观察、断裂力学分析以及FRASTA仿真的方法,研究了GCr15钢在旋转弯曲加载下超长寿命疲劳破坏的机理,阐述了其内部裂纹萌生和扩展的力学条件,建立了颗粒状白色区域(GBF)的形成机理模型.结果表明:GCr15钢的内部破坏是由材料内部的非金属夹杂物引起的,并且在夹杂物的周围伴有GBF的形成,整个内部裂纹具有典型的"鱼眼"形貌特征;内部起裂是超长寿命疲劳破坏的典型特征.GBF的应力强度因子幅值△KG瓯(4～6 MPa·m1/2)是控制内部裂纹扩展的临界参数,并且其形成过程占据了超长寿命疲劳过程的绝大部分.     

Influence of laser treatment on fatigue cutting

Fatigue cutting is a new approach for separating material. Manmade fatigue can be realized by applying a rotating bending load to the notched bar. To better utilize the new method, laser treatment was adopted in this study. The specimens were radiated at notch root with different laser parameters. Fatigue cutting was carried out after the radiation. The specimens had different fatigue behaviors. A qualitative conclusion has been drawn. The fatigue of the notched bar is greatly influenced by the shape of the hardened area. A hardened area that has a small axial dimension and a big radial dimension facilitates the fatigue. The desirable hardened area could be obtained by controlling the laser treatment parameters.