00Crl8Nil0N奥氏体不锈钢200 - 600℃高温疲劳性能的研究

试验用00Cr18Ni10N钢（/%:0.018C,0.41Si,1.68Mn,18.18Cr,10.38Ni,0.16N）经1t EAF-AOD-ESR冶炼,锻成Φ30 mm材和1 050℃固溶处理,进行了00Cr18Ni10N钢200～600℃光滑（K_t=1）、缺口（K_t=3）的轴向高周疲劳性能研究,绘制了疲劳S-N曲线、计算了疲劳极限,并对疲劳试样的典型断口进行了SEM观察。结果表明,光滑试样的疲劳极限随试验温度升高而降低,缺口试样的疲劳极限对试验温度变化不敏感。当应力集中系数由K_t=1提高到K_t=3时,00Cr18Ni10N钢的200、400、600℃下10⁷周次条件疲劳极限分别从530、506、410 MPa,降低到323、370、392 MPa。表明在高温下00Cr18Ni10N钢存在疲劳极限对应力集中敏感,且应力集中敏感性随着试验温度的升高而降低。疲劳试样的断口形貌由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区组成,疲劳起源于表面加工刀痕的不连续位置,呈韧性断裂特征。     

高氮不锈轴承钢组织表征与滚动接触疲劳失效机制

高氮不锈轴承钢作为第三代轴承钢材料,被广泛应用于航天飞机燃料泵轴承、飞机发动机主轴轴承等领域,现已经成为航空航天关键基础材料。而国内关于高氮不锈轴承钢滚动接触疲劳性能研究几乎空白,因此对加压电渣冶炼工艺制备的高氮不锈轴承钢采用不同回火温度热处理,进行力学性能测试、微观结构表征和滚动接触疲劳性能测试。结果表明,试验钢1 030℃淬火+180℃回火热处理工艺抗拉强度为1 899.7 MPa、硬度为60.7HRC,500℃回火后硬度与180℃相当,抗拉强度提升至2 213.5 MPa;通过对500℃高温回火试样基体表征,发现基体内纳米级Cr-N第二相析出是二次硬化现象产生的主要原因。180℃回火试样滚动接触疲劳寿命L10为1.67×107,500℃回火试样L₁₀为2.85×10⁷,提高了70%;通过对2组试样疲劳剥落坑深入表征,发现180℃回火试样次表层沿晶断裂是引起滚动接触疲劳失效的主要原因;结合基体残余应力测量结果分析,500℃高温回火残余拉应力为41 MPa,低于180℃回火的101 MPa。高温回火基体内析出的纳米级Cr-N第二相可以降低位...     

缺口对渗氮CrNiW钢超高周疲劳特性的影响

 为了研究缺口敏感性对渗氮CrNiW钢疲劳特性的影响,设计了一种光滑试样和两种缺口试样(应力集中系数K_t=1.20、1.55),开展了渗氮CrNiW钢的超高周疲劳试验,使用SEM观测疲劳断口的微观结构,分析了疲劳缺口系数K_f、疲劳敏感系数q和循环周次N_f之间的关系。结果表明,渗氮对钢材疲劳性能的提升不大,光滑试样和K_t=1.20的缺口试样存在表面和内部两种起裂模式,诱发内部起裂的缺陷均位于内部非渗氮区,K_t=1.55时发现一种新的渗氮层内不均匀基体组织诱发的失效模式。光滑试样未出现双重S-N特性,K_t=1.20时S-N曲线出现表面与内部起裂双重S-N特性,K_t=1.55时出现短寿命区和超高周寿命区表面起裂双重S-N特性。随着K_t的增大,多个内部缺陷同时萌生裂纹的现象被单裂纹源诱发失效的现象取代,并且诱发失效的内部缺陷位置呈现向试样表面靠近的趋势,鱼眼形状呈近似横向扁形→圆形→纵向椭圆形变化。缺口应力集中对表面起裂疲劳寿命影响较大,对内部起裂疲劳寿命影响很小。     

高温渗碳轴承钢旋弯疲劳裂纹萌生与扩展行为

 为了提高航空轴承的服役寿命,借助QBWP-10000X型旋转弯曲疲劳试验机,研究了高温渗碳轴承钢的旋转弯曲疲劳性能和裂纹萌生扩展行为。结果表明,钢的中值疲劳强度达到913.3 MPa。有效渗层中大量M₂₃C₆和少量M₆C碳化物显著提高了试验钢的表面硬度,渗层不同碳浓度导致马氏体先后发生相变而形成408 MPa表面压应力,进而提高了钢的疲劳性能。疲劳裂纹主要萌生在表面缺陷和次表面碳化物,分别占比71.4%和 28.6%。萌生裂纹缺陷特征尺寸及承载应力对应力强度因子和循环次数影响显著,深犁沟形状由于涉及应力集中而直接影响疲劳循环次数,承受相同加载应力碳化物特征尺寸越大,循环次数越低。裂纹萌生后沿渗碳层碳化物边界快速扩展同时向芯部缓慢扩展,最后在试样疲劳源对侧近边缘区域发生准解理和韧性混合断裂。     

冷处理对冷轧辊用86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响

冷轧工作辊的抗接触疲劳性能是其抵抗早期失效的主要性能之一。它与轧辊表层组织结构和残余应力状态有关。组织结构和残余应力取决于轧辊的热处理工艺。笔者已就淬火温度对86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响进行了研究。为进一步了解残余奥氏体和残余应力的作用,本工作就冷处理对86CrMoV7钢的抗接触疲劳性能的影响进行了研究。将试样在930℃油中淬火,并于0、-35、-74和-105℃冷处理,150℃回火。测量各组试样的接触疲劳寿命、残余奥氏体量、残余应力和硬度。并对显微组织和剥落断口进行了研究。结果表明,淬火后不经冷处理和-35℃冷处理的试样具有高的接触疲劳寿命,其余各组寿命均较低。随冷处理温度下降,残余奥氏体量减少,硬度增高,残余应力变化不大。这些变化是由于冷处理时奥氏体向马氏体转变的缘故。接触疲劳试验后,试样中残余奥氏体量进一步减少,硬度和残余应力都有增加。这反映了接触疲劳过程中形变和相变的综合效果。研究认为,86CrMoV7钢淬火组织中,残余奥氏体的稳定性是影响其抗接触疲劳性能的重要因素之一。一定量的稳定的残余奥氏体与高的表面硬度和较高的残余压应力相结合将有利于提高钢的接触疲劳性能。主要结论是冷处理可以消除淬火钢中不稳定的残余奥氏体,并可以提高钢的硬度和残余压应力。因而,对提高86CrMoV7钢的抗接触疲劳性能是有利的。     

激光沉积TA15钛合金高周疲劳性能研究

为了研究激光沉积TA15钛合金的高周疲劳性能,在720,760和800 MPa应力水平下进行了室温高周疲劳(HCF)测试并分析了疲劳断口,结果显示激光沉积TA15钛合金具有较高的高周疲劳寿命,720 MPa下疲劳源区断口形貌表现为很高的组织敏感性,敏感尺寸达单个α片层尺寸单元,800 MPa下敏感性较弱,只达到α片层集束尺寸单元。部分试样有气孔存在,气孔范围在20～40μm,气孔的存在使试样的高周疲劳寿命呈现不同于锻件的明显分散性,表现为同一应力水平下寿命量级的分散,且气孔的大小与位置对疲劳寿命有不同程度的影响。直径较大和距离表面越近的气孔对疲劳寿命损伤越大。采用数值模拟方法研究发现尺寸大、距离表面近的气孔应力集中系数大,导致裂纹萌生寿命降低。虽然有气孔的存在,但激光沉积TA15钛合金仍具有优异的疲劳性能,这与取向随机、尺寸细小的片层组织有关,细小的显微组织增加裂纹的萌生阻力,提高高周疲劳强度。     

应力集中和应力比对TC18合金锻件疲劳强度的影响

研究了TC18钛合金锻件在不同应力集中系数(K_t)和应力比(R)下疲劳强度的特点,并对合金两种S-N(应力-寿命)曲线及断口形貌进行了分析比较。结果表明:两种不同S-N曲线在应力集中和应力比的影响下表现出不同的变化规律,应力集中不仅影响了宏观断口典型三区域的面积大小,而且与疲劳辉纹、二次裂纹和韧窝的微观形貌也有关联。为了进一步说明应力集中、应力比和疲劳强度之间的关系,本文在传统应力集中敏感系数q_f和平均应力敏感系数M的基础上,重新确立了两种敏感系数q_f′和M′,并在此基础上建立了应力集中系数、应力比与疲劳强度之间的关系新模型。经计算,新建模型得到的数据和实验结果有较高的吻合度。最后,通过MATLAB/GUI软件比较了新建模型和传统模型之间的差异。发现新模型曲线在传统3种模型曲线之间,且新建模型在光滑试样下匹配度最高,进一步验证了新建模型的准确性。     

淬火温度对86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响

冷轧辊接触疲劳剥落是在接触负荷下表层疲劳裂纹萌生扩展的断裂过程,与组织结构和内应力状态有关,是主要失效方式之一。本文研究淬火温度对86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响。选择840、870、910和950℃四个淬火温度。测定了试样的接触疲劳寿命、硬度、残余应力和残余奥氏体量。并对金相组织、裂纹形貌及剥落断口进行了观察。研究发现,840℃淬火有最高的接触疲劳寿命;硬度和疲劳寿命有一定的对应关系,硬度为62～63HRC时接触疲劳寿命最高,更高的硬度反而使之下降。残余应力与疲劳寿命的关系较为复杂。金相组织对钢的接触疲劳寿命有重要作用:板条马氏体组织比片状马氏体组织抗接触疲劳性能好,适量的残余奥氏体可改善钢的抗接触疲劳性能。不同的裂纹及断口形貌对应不同的接触疲劳寿命。     

汽车齿轮轴用钢SCM440H扭转疲劳寿命及断裂特征分析

通过试验测定汽车齿轮轴用钢SCM440H经淬火和高温回火后的扭转疲劳寿命,并采用扫描电镜(SEM) 对疲劳断口进行观察、分析。结果表明,显微组织为回火索氏体的SCM440H齿轮轴用钢,在106的循环周次下,扭转疲劳强度约为253MPa;不同切应力幅下的扭转疲劳断口呈现韧性断裂特征,疲劳断口裂纹源处没有明显的析出物。     

30Cr15Mo1N高氮不锈轴承钢组织结构表征与旋弯疲劳机制

高氮不锈轴承钢凭借高强度、高硬度、长寿命和优良的耐腐蚀性成为新型轴承材料研发热点。采用旋转弯曲疲劳试验等方法研究了热处理工艺对30Cr15Mo1N高氮不锈轴承钢疲劳性能和裂纹萌生机制的影响。结果表明,试验钢1 050℃淬火+180℃回火热处理工艺的抗拉强度为1 985.3 MPa、硬度为60.5HRC、疲劳强度为867 MPa,500℃回火后硬度与180℃相当,抗拉强度为2 257.6 MPa、疲劳强度为1 020 MPa;引起180℃回火试样疲劳裂纹萌生的裂纹源主要为基体和夹杂物两类,而引起500℃回火试样疲劳裂纹萌生的裂纹源通常为边部缺陷。高温回火对基体组织内部应力集中的降低是其裂纹源类型转变和疲劳性能提高的主要原因。通过对高氮不锈轴承钢疲劳行为与裂纹萌生现象的深入研究,为高氮不锈轴承钢热处理工艺制定及抗疲劳机制研究提供试验与理论基础。     

金属注射成形冷作工具钢的超声疲劳性能

用超声疲劳试验研究了金属注射成形(MIM)冷作工具钢和锻轧钢(JIS SKD11)的高周疲劳性能。锻轧钢试样于423K回火1h。另一方面，为了评估回火温度对疲劳性能的影响，将MIM钢试样于不同温度下进行了回火。在N=103～108疲劳寿命范围内进行了超声疲劳试验。MIM钢试样的疲劳强度和锻轧钢试样相同。MIM钢试样的疲劳强度随着回火温度升高而减低。显微组织的观察结果表明，MIM钢试样的碳化物的直径与形状比锻轧钢试样的均一。     

渗碳淬火钢的冲击断裂行为

我们研究了超真空渗碳和感应淬火热处理后的渗碳淬火钢的夏比冲击值。本研究的目的在于探讨含有不同数量的残余奥氏体和渗碳体的钢的裂纹扩展行为与组织的关系。真空渗碳是在1.3 mass%C的过共析成分进行的。在Acm和A₁之间的奥氏体和渗碳体两相区内选择了三种不同的加热温度进行感应淬火,以获得不同数量的残余奥氏体和渗碳体。当感应加热温度从1143 K降低到1043 K时,无论是淬火态试样,还是淬火+回火态试样,其裂纹扩展抗力都提高约30%。在感应加热温度较低的情况下,未溶解θ的止裂作用使试样具有高的裂纹抗力。相比之下,在经过低温处理的试样中,无论感应加热温度高低,裂纹扩展抗力几乎为恒定值,这种恒定的裂纹扩展抗力归因于裂纹扩展过程中发生的反复弯曲和分支。     

激光表面相变硬化处理提高GCr15轴承钢接触疲劳寿命

应用连续输出的千瓦级CO_2激光器对GCr15轴承钢推力片接触疲劳试样进行了表面相变硬化处理,激光束功率=700瓦,扫描速度=7毫米每秒,离焦量=325毫米,在最大接触应力σ_(max)=4410MPa下,使接触疲劳寿命L_(10)提高2.2倍,L_(50)提高1.6倍。用电镜和X射线方法研究了激光淬火层组织、马氏体碳含量、残余奥氏体量和残余应力等。结果表明,激光淬火的自回火使片状马氏体内析出了弥散细小的η-Fe_2C,马氏体碳含量增加很少,残余奥氏体增加了1.2％,淬火层深～0.40毫米内为残余压应力,在0.01～0.10毫米区域内,应力值稳定在-225MPa左右。     

高钴钼不锈轴承钢疲劳裂纹萌生及扩展行为

采用高钴钼不锈轴承钢光滑圆柱形试样和缺口试样(理论应力集中系数K_t=3)进行旋转弯曲疲劳测试,研究了高合金轴承钢的裂纹萌生及裂纹扩展行为。用升降法和成组法分别测得轴承钢的疲劳极限和S-N曲线,利用扫描电镜对轴承钢旋转弯曲疲劳试样断口进行观察。结果表明,光滑试样起裂类型为单源萌生起裂,起裂源为表面缺陷和次表面夹杂物,表面缺陷为表面粗糙度、驻留滑移带和加工凹痕,次表面夹杂物为Al_2O_3-CaO-MgO-SiO_2复合夹杂;缺口试样疲劳极限显著下降,起裂类型为多源萌生起裂,计算得轴承钢的缺口敏感系数q_f为1.18。光滑试样疲劳破坏从以高应力幅粗糙度萌生表面裂纹的破坏向低应力幅驻留滑移带、加工凹痕、夹杂缺陷萌生裂纹转移。疲劳裂纹萌生寿命占整个疲劳寿命的94.1%以上。     

显微组织对X80钢疲劳裂纹扩展行为的影响

疲劳性能是油气管道安全设计和评价的重要参考因素。在MTS伺服液压万能试验机上，测定了贝氏体/铁素体(B+F)双相X80管线钢在不同应力下的疲劳寿命；使用MTS Landmark 250KN型疲劳试验机对C(T)试样的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测定。结果表明，疲劳寿命随最大应力减小而增加，当最大应力降至最大工作应力460 MPa,疲劳寿命约为4.1×10⁵循环周次；疲劳裂纹产生于钢板表面，然后向内扩展，直至断裂。在Paris区，当ΔK=30 MPa m^1/2,疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK的关系曲线图出现转折点。研究成果可为高强钢的疲劳寿命预测和疲劳性能评估提供参考。     

表面机械研磨工业纯锆的疲劳性能研究

采用表面机械研磨工艺对工业纯锆进行处理,利用四点弯曲疲劳试验对试样的疲劳性能进行研究,并利用透射电子显微镜(TEM)和光学显微镜(OM)对试样的微观组织进行观察,利用纳米压痕仪测试处理试样从表层到基体的硬度分布,采用X射线衍射(XRD)方法分析表层晶粒尺寸、微观畸变以及残余应力分布特征。结果表明:经表面机械研磨处理工业纯锆的疲劳极限为195 MPa,而原始试样的疲劳极限为159MPa,表面机械研磨处理使工业纯锆的疲劳极限提高了23%,疲劳性能的改善可归因于表面机械研磨引入的纳米化表层、加工硬化以及残余压应力。本文进一步研究发现,应力幅大于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳寿命低于原始试样;应力幅低于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳性能比原始试样优异。     

纳米粒子强化含铜双相钢的组织性能关系

 为进一步提高HSLA系列含铜钢的综合力学性能,利用多步骤热处理工艺(QLT工艺:淬火、临界区淬火及回火工艺)在超低碳Ni-Cr-Mo-V-Cu低合金钢中获得了优异的强度及低温韧性匹配(屈服强度895 MPa、抗拉强度950 MPa、-80 ℃冲击韧性188 J)。利用SEM、XRD及TEM等试验方法研究了试验钢在QLT工艺处理后,不同临界区淬火温度下(Ac1~Ac3温度范围内)的双相组织演化规律,阐明了不同临界区淬火温度下的QLT态试样的组织及性能关系。结果表明,QLT态试样的屈服强度与回火二次马氏体体积分数呈二次抛物线关系,抗拉强度与回火二次马氏体体积分数呈线性正相关关系;断裂伸长率则与临界区铁素体含量正相关。临界区淬火温度为720 ℃时的QLT态试样(QL₇₂₀T)表现出优异的强度及低温韧性匹配,其高强度来源于协同析出的纳米级MC(M为铌、钼、钒及钛的任意组合)和铜粒子所强化的回火二次马氏体。QL₇₂₀T态试样优异的低温韧性则由下列因素所致,主要呈片层状的回火二次马氏体及临界区铁素体的平行相间分布而导致的组织细化效应;大量异相界面所导致的脆性渗碳体或合金渗碳体的细化;强度差异较小的回火二次马氏体以及临界区铁素体。     

汽车用钢DC53D+ZF的疲劳试验测试

为了研究汽车用钢DC53D+ZF的疲劳性能,在不同的最大应力条件下,利用高频疲劳试验机测试疲劳性能。在常温空气环境下,对试样进行了拉-拉疲劳试验(应力比R=0.15)。试验采用正弦波进行波动循环加载直到试样发生断裂,测得试样不同应力水平下的循环次数、应力幅等,DC53D+ZF的疲劳强度下极限为222.4MPa。对DC53D+ZF疲劳数据进行了相应的处理,得到了该汽车用钢的S-N曲线,补充了车身常用钢疲劳特性数据,能够为汽车厂疲劳仿真分析提供可靠的数据基础,预测汽车部件的设计寿命。     

高强度弹簧钢60Si2CrVAT热处理工艺优化试验

用DIL850L相变Φ4mm×10mm小试样模拟φ26mm 60Si2CrVAT钢(/%:0.60C、0.63Mn、1.50Si、1.08Cr、0.14V)870～950℃淬火试验。结果表明,随淬火温度提高,钢残余碳化物减少,950℃淬火晶粒长大明显,择优选取910℃为淬火温度。生产检验条件下,采用910℃40 min淬火,420℃ 90 min回火,可获得较佳的综合力学性能-即抗拉强度(R_m)1940 MPa,屈服强度(R_p0.2)1 740 MPa,伸长率(A₅)9.5%,断面收缩率(Z)36.5%。     

改性聚酯纤维在混凝土中的分散性及对耐久性的影响

制备了不同纤维掺量的改性聚酯纤维混凝土，通过纤维分散的图像处理方法研究五种不同搅拌方式对改性聚酯纤维在混凝土中分散性能的影响，并通过耐久性试验研究改性聚酯纤维混凝土的抗碳化、抗氯盐侵蚀和抗冻性能.结果表明，图像处理方法能够较好地评价改性聚酯纤维混凝土中的纤维分散性，认为“砂石胶材60S+水60S+纤维60S”的搅拌方式得到的纤维分散性最好，与肉眼观察的效果一致.掺加改性聚酯纤维能够提高混凝土的抗压强度，掺量为1.1kg·m-3时提高强度14%左右，继续增大纤维掺量不能持续提升强度.改性聚酯纤维在混凝土中的密集分布能够削弱CO₂的扩散，降低混凝土的碳化速率12.6%～18.9%，纤维掺量越多，抗碳化能力越好.掺加改性聚酯纤维能够降低混凝土的氯离子扩散系数，提高其抗氯离子侵蚀能力.改性聚酯纤维还能有效减少冻融循环过程中表层材料的剥落，大大改善混凝土的抗冻性.