1500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性

对一种C—Si—Mn—Cr合金钢，通过900℃奥氏体化20min，空冷及280与370℃回火2h，获得抗拉强度为1500MPa的新型无碳化物贝氏体／马氏体(B／M)复相组织高强钢．采用C—T试样进行疲劳实验，测定了疲劳裂纹扩展速率(da／dN)及疲劳门槛值(△Kth)，利用扫描电镜观测了疲劳裂纹在疲劳循环过程中的扩展路径，分析断口形貌与显微组织间的关系．结果表明，这种无碳化物B／M复相高强钢具有较高的△Kth值，并且能明显地降低da／dN，其原因在于B／M复相组织高强钢独特的精细组织结构及疲劳裂纹尖端的闭合抗力的提高．     

STUDIES OF FATIGUE CRACK PROPAGATION AND MICROFRACTUREGRAPHY IN HIGH STRENGTH STEELS

本文用宏观和微观方法测量了几种高强度钢的疲劳裂纹扩展速率,用金相和断口复型法观察了疲劳断口的微观形态以及与显微组织的关系。结果表明,宏观与微观测量的结果基本一致;疲劳裂纹扩展速率随平均应力的增加而增加;18CrMn2MoBA钢显微组织中的颗粒相(M+A)可以降低疲劳裂纹扩展速率。     

高强度钢疲劳裂纹扩展特性与微观形态分析探讨

本文用宏观和微观方法测量了几种高强度钢的疲劳裂纹扩展速率,用金相和断口复型法观察了疲劳断口的微观形态以及与显微组织的关系。结果表明,宏观与微观测量的结果基本一致;疲劳裂纹扩展速率随平均应力的增加而增加;18CrMn2MoBA钢显微组织中的颗粒相(M A)可以降低疲劳裂纹扩展速率。     

Q-P-T处理贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂特性研究

对20Mn2SiCrNiMo贝氏体/马氏体复相高强钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理,并采用紧凑拉伸试样进行疲劳实验.结果表明,Q-P-T工艺参数对贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性具有显著影响,经过合理的Q-P-T工艺处理的贝氏体/马氏体复相高强钢具有较高的疲劳门槛值(ΔKth=13.2MPa·m1/2)及较低的裂纹扩展速率.显微组织及裂纹扩展路径观察显示,Q-P-T处理的贝氏体/马氏体复相高强钢的显微组织包括贝氏体、马氏体和残余奥氏体薄膜,其中“柳叶状”贝氏体及纳米级残余奥氏体薄膜可以阻碍裂纹扩展,迫使裂纹转折、分叉或“间断”,这是贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂性能改善的主要因素.     

贝氏体等温淬火对H13热作模具钢组织及热疲劳性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和热疲劳试验等研究了常规淬火和等温淬火两种不同工艺对H13钢显微组织和热疲劳性能的影响.结果表明:等温淬火处理后H13钢的显微组织为马氏体+下贝氏体(M/B下).与常规淬火相比,具有M/B下复相组织的试验钢的硬度有所降低,冲击韧性有所提高.热疲劳裂纹分析表明,经等温淬火处理后试样的热疲劳裂纹在长度和密度上均小于常规淬火处理的试样,表明M/B下复相组织有益于提高H13钢的热疲劳性能.     

热疲劳对B/M复相H13钢组织及力学性能的影响

为提高其热疲劳性能,对H13钢进行了贝氏体-马氏体(B/M)复相热处理,使其得到了由回火索氏体和贝氏体组成的复相组织。利用OM、SEM、TEM、洛氏硬度计、万能拉伸试验机等设备研究了热疲劳对B/M复相H13钢微观组织、碳化物及力学性能的影响。结果表明:较传统H13钢硬度随疲劳次数增加而迅速降低的现象,B/M复相H13钢的硬度随疲劳次数的增加呈先下降后上升再下降的趋势。拉伸试验表明,较传统H13钢,B/M复相H13钢的强塑性配合更加优异,且在热疲劳后,其断面收缩率反而有所增大。通过显微组织观察发现力学性能变化的主要原因是B/M复相H13钢在热疲劳过程中存在贝氏体板条合并及碳化物析出并长大粗化的行为。     

奥氏体化温度和空冷速率对CFB/M复相钢组织和性能的影响

通过Formaster-F热膨胀仪和Gleeble-1500热/力模拟试验机分别模拟了奥氏体化温度为910℃和960℃时不同直径的无碳化物贝氏体/马氏体(CFB/M)复相钢圆棒在空气中的冷却速率,采用光学显微镜和扫描电镜分析了奥氏体化温度和冷却速率对CFB/M复相钢显微组织的影响,测定了CFB/M复相钢的硬度和冲击韧度值.结果表明,在空冷条件下,随圆棒直径增大,CFB/M复相钢的组织由无碳化物贝氏体 马氏体转变成铁素体十无碳化物贝氏体,硬度随之降低,但冲击功却显著增加.提高奥氏体化温度,可抑制铁素体析出,使CFB/M复相钢在更大的冷速范围内获得强韧性好的CFB/M复相组织.     

20G和2.25Cr—1Mo钢氢蚀后的疲劳性能

对２０Ｇ和２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢经不同程度氢蚀后的常规力学性能与疲劳裂纹扩展行为进行了对比研究。并对氢蚀组织变化与裂纹扩展路径进行了显微观察。结果表明，氢蚀使２０Ｇ钢的疲劳裂纹扩展速率明显增大；扩展门槛值在氢蚀起始阶段显著降低，随后又呈增加趋势。对２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ钢，由于元素Ｃｒ、Ｍｏ作用，其氢蚀程度远低于２０Ｇ钢，从而未造成疲劳裂纹扩展速率的明显改变。分析表明，氢蚀后疲劳裂纹扩展门槛值的上升     

不同应力比和腐蚀环境条件下X80钢疲劳裂纹扩展速率研究

在空气和不同浓度H₂S环境中对X80管线钢进行了应力比为0.1和0.3的低频腐蚀疲劳试验,以获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK之间的Paris表达式,研究X80钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展速率。结果表明：腐蚀环境能加速X80钢的裂纹扩展,当H₂S浓度为100 mg/L时,含H₂S环境中裂纹扩展速率是空气中的2.9倍;随着H₂S浓度的增大,裂纹扩展速率呈指数增大;随着应力比的增大,平均应力增大,裂纹闭合效应减小,裂纹尖端完全张开,材料与腐蚀介质接触面积增大,导致裂纹扩展速率增大。     

C—Si—Mn—B贝氏体钢的疲劳裂纹扩展特性

本文研究了C－Si-Mn-B贝氏体钢的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,在强度相近的情况下,含1．8％Si钢的门槛值△Kth较0．6％Si钢的低,而且钢中的残余奥氏体对提高△Kth值并非有利。1．8％Si钢的△Kth值随钢的屈服强度降低而提高,然而450℃回火后,虽然△Kt提高,但裂纹扩展速率也显著提高,这表明450℃回火贝氏体脆性促进了疲劳裂纹的扩展。在应力强度因子较高的范围内,疲劳裂纹扩展速率受钢的断裂韧性影响,断裂韧性高,裂纹扩展速率低。     

FATIGUE BEHAVIOUR OF M/B DUPLEX STRUCTURE IN A HIGH CARBON Cr-Mo-W STEEL

Determination was carried out of fatigue crack propagation rate of steel 65Cr5Mo3W2VSiTi(LM2)with various bainite contents and M/B duplex structure tempered at various tempera-tures.The threshold value of fatigue for each processing was estimated by experimental data.The mechanism for fatigue crack propagation of M/B duplex structure in steel LM2 seemsto be non-continuous.The calculated fatigue crack micro-propagation rates are found toagree with the experimental data.     

高速列车车轴用EA4T钢腐蚀疲劳性能研究

目的 研究腐蚀环境中EA4T车轴钢疲劳性能,为车轴的腐蚀检测和使用寿命评估提供依据.方法 采用旋转弯曲疲劳试验机,在人造雨水模拟的腐蚀环境和空气环境中,对EA4T车轴钢试样进行疲劳试验,以获得不同环境下试样的疲劳S-N曲线、表面损伤以及裂纹扩展规律.然后对扩展裂纹进行概率统计,通过扫描电镜对疲劳失效的断口进行观察,并分析对比不同环境中裂纹扩展门槛值的变化.结果 空气环境中,试样的疲劳极限为355 MPa,而在腐蚀环境中,试样不存在疲劳极限,107循环周次对应的疲劳强度降低到245 MPa,相比空气环境中降低了31％.Gumbel分布统计与Weibull双参数分布统计相比,更适合描述EA4T车轴钢试样表面腐蚀裂纹长度随加载次数的变化.腐蚀环境中,疲劳裂纹萌生于表面腐蚀坑,并存在多个裂纹源.腐蚀环境显著降低了试样裂纹扩展门槛值,空气环境下,该值为6.29 MPa·m1/2,腐蚀环境下降低到4.1 MPa·m1/2.结论 腐蚀环境降低EA4T钢疲劳寿命的主要原因是,腐蚀环境降低了裂纹扩展门槛值,加快了裂纹萌生以及短裂纹扩展.而当裂纹达到一定长度时,腐蚀环境对裂纹扩展几乎没有影响.     

2Cr12Ni4Mo3VNbN新型叶片钢高频淬火后的显微组织与疲劳性能

为提高2Cr12Ni4Mo3VNbN马氏体不锈钢叶片的疲劳性能,对调质处理后的叶片刃口区进行了高频淬火处理,研究了高频淬火前后2Cr12Ni4Mo3VNbN钢的显微组织、残余应力分布和疲劳性能。结果表明:2Cr12Ni4Mo3VNbN钢高频淬火后显微组织中的原奥氏体晶粒和马氏体板条束都得到细化,没有明显的析出物,而未高频淬火的马氏体有较多窄条状M3C析出。2Cr12Ni4Mo3VNbN叶片高频淬火区表层层深0.1 mm以内主要为压应力,应力值约在-450 MPa^-20 MPa之间,且随层深增加而减小。高频淬火态2Cr12Ni4Mo3VNbN钢的疲劳裂纹扩展门槛值为6.75 MPa·m^1/2,高于未高频淬火态下的4.73 MPa·m^1/2,并且高频淬火态2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中的疲劳裂纹扩展速率低于未高频淬火态。这表明,高频淬火处理提高了2Cr12Ni4Mo3VNbN马氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展抗力和疲劳裂纹扩展寿命。     

应力比对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

采用三点弯曲实验研究应力比R对处于不同环境下的D36钢稳定裂纹扩展区疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,空气中应力比对pairs区的疲劳裂纹扩展速率影响不大,然而海水环境中,在中等△K值范围内,应力比对裂纹扩展速率影响较空气中明显,且其裂纹扩展速率随着应力比的增加而增大.这种现象产生的原因是氢脆作用随着应力比的增大显著增强.通过三电极体系在f=1 Hz,R=0.1条件下分别对试件施加-400,-600,-800,-1000和-1200 mV的电极电位.结果表明,强阴极极化 (-1200 mV) 和阳极极化 (-400 mV) 在一定△K范围内会加速裂纹扩展,综合得出该条件下腐蚀疲劳的阴极保护电位为-800 mV.而应力比为0.3和0.5时施加-800 mV的电极电位对材料的保护作用减弱.     

5CrMnMo钢的热疲劳裂纹研究SCIEI

通过自制Coffin型及自约束型热疲劳试验机研究了5CrMnMc钢经不同热处理后的热疲劳行为。利用扫描电镜、透射电镜等揭示了热疲劳裂纹萌生及其扩展。结果表明,淬火态的5CrMnMo钢绝大多数热疲劳裂纹优先在晶界处萌生;淬回火态的试样裂纹主要萌生于碳化物与基体的脱开处,或形成晶界裂纹;无论是淬火或淬回火态的试样其热疲劳裂纹主要沿着碳化物与基体脱开处及晶界裂纹桥接而扩展。     

（F＋M＋A）三相钢低周疲劳的扫描电镜动态研究SCIEI

用扫描电子显微镜疲劳加载台进行动态原位观察，研究了奥氏体（Ａ）在（Ｆ＋Ｍ＋Ａ）三相钢低周疲劳裂纹萌生和扩展过程中的作用．结果表明，在低周疲劳裂纹的萌生和早期扩展阶段，三相钢中的奥氏体会降低疲劳缺口敏感性，延长裂纹萌生期，使裂纹路径弯折并降低扩展速率．在高应变疲劳阶段，因奥氏体应变诱发相变生成马氏体，其边界是裂纹扩展的低能通道，从而加速裂纹的扩展．并提出了一个能量判据：当裂尖扩展功小于Ａ→Ｍ转变的能量时，奥氏体会提高材料的疲劳抗力，反之奥氏体会加速疲劳裂纹的萌生和扩展．     

不同类型碳化物在基体中的分布对高速钢轧辊性能的影响

通过对具有不同组织的两种进口高速钢轧辊及一种国产辊环进行冷热疲劳试验及摩擦磨损试验,研究了不同类型碳化物在基体中的分布对高速钢轧辊性能的影响。结果表明,在晶界处分布的大块未溶共晶碳化物周围容易萌生裂纹,且大块的未溶共晶碳化物在经过多次冷热疲劳循环后容易碎裂并脱落,在磨损过程中,大块未溶共晶碳化物同样容易发生碎裂及脱落现象,大大影响耐磨损性能;裂纹容易沿晶界处分布的碳化物扩展,且晶界处分布大块的未溶共晶碳化物或碳化物联结成网状容易促进裂纹的扩展;晶界处M2C型碳化物与晶界成一定角度分布,具有一定阻碍裂纹扩展的作用;不同类型碳化物在基体中的弥散分布对于提高其耐磨性能具有很大作用。     

65Cr5Mo3W2VSiTi钢马氏体-贝氏体复相组织的冲击疲劳性能研究

研究了65Cr5Mo3W2VSiTi钢马氏体-贝氏体复相组织组成物相对量和回火温度对冲击疲劳性能的影响，提出了提高抗冲击疲劳强度的强韧化热处理工艺。     

稀土氮碳硼共渗对45钢疲劳性能的影响

研究了稀土氮碳硼共渗对45钢疲劳性能的影响。结果表明，稀土氮碳硼共渗处理后，45钢疲劳寿命显著提高，裂纹形成延迟，裂纹扩展速度降低。表面出现残余压应力和表面硬度提高是稀土氮碳硼共渗处理改善45钢疲劳性能的主要原因。     

Fatigue crack propagation of super duplex stainless steel with dispersed structure and time-frequency analysis of acoustic emission

The fatigue crack propagation of super duplex stainless steel was investigated for the effect of various volume fractions of the austenite phase by changing the heat treatment temperature. We also analyzed acoustic emission signals obtained during the fatigue crack propagation by the time-frequency analysis method. As the temperature of the heat treatment increased, the volume fraction of austenite decreased and coarse grain was obtained. The specimen treated at 1200 had a longer fatigue life and slower rate of crack growth. Results of time-frequency analysis of acoustic emission signals during the fatigue test showed the main frequency of 200-300 kHz to have no correlation with heat treatment and crack length, and the 500 kHz signal to be due to dimples and separation of inclusion.