CL60钢拉扭微动疲劳行为及断裂研究

在改进的微动试验装置上,实现了拉扭微动的复合.比较了不同应力幅值对CL60钢拉扭复合微动疲劳寿命的影响,利用扫描电镜分析了微动疲劳裂纹的萌生和扩展机制.结果表明:随着循环应力幅升高,拉扭微动疲劳寿命降低;在各个应力幅值下,试样总体上显示出循环软化的特征.疲劳裂纹萌生在微动区和未微动区的交界处,主裂纹聚合附近的一些微裂纹最后形成一条宏观裂纹扩展,导致试样断裂.     

应力幅值对Al-Zn-Mg合金微动疲劳损伤行为的影响(英文)

研究了应力幅值对Al-Zn-Mg合金的疲劳损伤行为的影响。对不同应力幅值下Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命以及微动疲劳损伤特性进行了研究。采用宏观力学试验与微观分析相结合的方法,对Al-Zn-Mg合金的微动疲劳机理进行了探讨。结果表明,Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命随应力幅值的增加呈非线性降低;Al-Zn-Mg合金的微动疲劳寿命与位移幅度值具有一定的关系。微动疲劳损伤区存在微动磨损和裂纹萌生及扩展两种破坏机制,随应力幅值的变化而产生竞争关系。微动疲劳裂纹源均形成于微动斑边缘,微动能促使微动疲劳裂纹萌生和加速扩展。     

超细晶纯钛的微动疲劳特性

利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹；由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。     

圆形路径载荷下35CrMoA钢的微动疲劳失效特性

通过柱面对柱面的接触方式,研究了35CrMoA钢在圆形路径载荷下的微动疲劳失效特性,采用扫描电子显微镜对微动疲劳试样的微动斑、磨削及微裂纹进行观察。试验结果表明:随着微动摩擦磨损的进行,磨损方式逐渐由粘着磨损转变为磨削磨损;微动斑的粘着区存在着圆形或近圆形的微小斑痕,滑移区上堆积了大量的磨屑;微动疲劳失效部位发生在粘着区与滑移区的交界处,并由于等效应力的不同而失效位置不同;微动疲劳的微裂纹存在于晶界上,并且沿晶界扩展。     

7075铝合金在VG46油润滑工况下的扭转复合微动磨损特性

采用球/平面接触方式,考察7075铝合金在VG46油润滑工况下不同倾斜角度和角位移幅值对扭转复合微动磨损特性的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析7075铝合金的磨痕表面及剖面形貌、磨损机制,用双模式表面轮廓仪分析磨损体积。结果表明:润滑油对扭转复合微动运行和损伤机制存在显著影响,润滑油明显改变微动运行区域,随着倾斜角度的增加,微动的混合区逐渐缩小甚至完全消失。微动运行区域对润滑油的润滑性能也有重要影响,在部分滑移区,微滑仅发生在接触边缘,润滑油对微动的影响甚微;在混合区,润滑油渗入表面微裂纹加速了疲劳裂纹的扩展;在滑移区,接触界面间形成了润滑油膜,显著地减缓了微动损伤。     

600 ℃时钛合金高温低循环疲劳行为及其微观机理

研究近α型TG6钛合金盘锻件双态组织在600 ℃不同应变幅条件下的低循环疲劳行为,总应变幅△εt/2控制在±0.6%～±1.5%,应变比R＝-1,采用三角波方式加载.结果表明:600 ℃低循环疲劳条件下,随着总应变幅的增加,循环峰值应力smax提高,而疲劳寿命Nf下降;对于TG6钛合金盘锻件双态组织,存在一个循环软化/硬化的总应变幅临界值(△εt/2)c,约为±1.0%,当总应变幅高于此值,表现为循环硬化行为,而低于此值时,则表现为循环软化行为;在所有应变幅条件下,疲劳裂纹均为多源萌生模式,600 ℃低循环疲劳变形行为主要受α晶粒内位错的平面滑移所控制,位错平面滑移集中的结果是最早在α晶粒内萌生疲劳裂纹;随着疲劳测试温度的提高,不同滑移系上位错滑移的临界分切应力的差别缩小,促进位错交滑移的进行.     

在菱形路径下接触应力对35CrMoA微动疲劳特性的影响

研究了在菱形加载路径,相同等效应力幅值(400 MPa)下,不同接触应力(50、150、250 MPa)对35CrMoA微动疲劳特性的影响。循环应力响应表明:接触应力越高,35CrMoA循环软化的程度越严重。滞后回线表明:微动疲劳的破坏主要由剪切应力引起,剪应力-剪应变循环滞后环的面积随着接触应力增大而变大。微动斑微观结果表明:当接触应力较小时,微动斑中的滑移区较宽,粘着区较窄,反之亦然;接触应力越大,微动斑磨损越严重。微动疲劳宏观断口表明:微动疲劳裂纹源萌生于微动斑,裂纹开始扩展的方向垂直于试样表面。     

高强韧Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe合金低周疲劳性能研究

通过室温下应变控制疲劳试验研究了高强韧Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe合金的低周疲劳性能。结果表明:在高应变幅值下(Δεt/2=1.0%,1.2%,1.4%,1.6%),合金的循环应力响应表现为初始循环软化,而后趋于循环稳定;在低应变幅值下(Δεt/2=0.6%,0.8%),合金的循环应力响应表现为循环饱和特征。断口形貌观察发现:应变幅值为0.6%时,疲劳裂纹源只有一处,在断口表面分布有大量细小的二次裂纹。当应变幅增加到1.6%时,组织中发现多处疲劳裂纹源,二次裂纹的数量明显减少,但长度和宽度明显增加。透射电镜结果表明:在低应变幅值下(Δεt/2=0.6%),在αp/β界面处出现大量的位错堆积,在此处易产生应力集中导致微裂纹形核。而在高应变幅值下(Δεt/2=1.6%),在αp相中有明显的变形不均匀性,在αp相内出现大量的位错缠结和位错碎片,并且在αs相中出现一些位错塞积,但在β基体中没有明显的位错堆积情况。由于长条αp相的存在,能够提升α相和β相变形的相容性,延缓疲劳裂纹形核和扩展,因此使Ti-35421合金有着优异的低周疲劳性能。     

微动幅值对Ti-6Al-4V合金摩擦特性的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹萌生及扩展,甚至导致构件提前失效。为了在有限元建模过程中提供更加准确地反映钛合金摩擦特性的数据,更好地模拟微动磨损行为,对微动幅值为10~300μm时,球/平面接触Ti-6Al-4V合金的微动摩擦特性进行了研究,测量了不同微动幅值下的摩擦系数,对微动斑中心区域的表面形貌进行了表征,并对接触界面不同深度处的化学成分进行了检测。结果表明,微动幅值为100μm时摩擦系数最大,不同微动幅值下,摩擦系数的演变不一致,且摩擦系数的演变与微动模式有关;微动幅值的不同会导致表面形貌的差异,随着微动幅值的增大,磨屑颗粒逐渐减小,同时形状从块状逐渐向球形转变;此外,当微动幅值较大时,钛合...     

硅铝合金柴油机机体紧固面微动疲劳研究

目的针对柴油机机体和主轴承盖紧固面之间发生的微动疲劳失效现象,探讨微动状态下柴油机硅铝合金机体的裂纹萌生特性及寿命评价方法。方法建立机体紧固面组合结构有限元模型,计算机体紧固面上的应力/应变历史数据,在此基础上分析机体紧固面的接触状态,探讨摩擦系数及摩擦功对微动疲劳特性的影响。采用多轴疲劳参数(CCB、F、SSI、Ruiz参数)预测了机体微动裂纹萌生位置,对所用参数进行修正,建立适用于机体紧固面的微动疲劳寿命预测模型。结果预测结果与实验值对比可知,F、SSI参数与实验结果差异较大,CCB和Ruiz参数的寿命预测结果与实验值接近,在2.3倍公差带因子范围内。但由于CCB参数预测的裂纹萌生位置和机体实际断裂位置不符,所以不能用于机体微动疲劳寿命预测。结论在接触状态突变的区域容易萌生微裂纹,适当增大摩擦系数或者降低摩擦功可以抑制机体的微动疲劳损伤。Ruiz参数预测的机体微动疲劳寿命与实验值最为吻合,用Ruiz参数评估柴油机硅铝合金机体的微动疲劳寿命可以将误差控制在2.3倍公差带因子范围内。     

ZL702A铝合金构件微动疲劳寿命预测研究

目的探讨ZL702A铝合金的微动损伤机理,寻找适合的微动疲劳寿命预估模型。方法以ZL702A铝合金为研究对象,设计方足桥-试件微动模拟件进行微动疲劳实验,用4XC-PC金相显微镜观察断裂试件表面的磨损形貌,探讨微动损伤机理。建立方足桥-试件有限元模型,编程计算剪应变幅、法向正应力、相对滑移距离等微动特征参数,分别运用FS、KBM、Mc Diarmid以及Ruiz参数预测ZL702A铝合金微动疲劳寿命。结果疲劳裂纹主要在局部塑性区成核,剪切应变可以加速裂纹核的形成,疲劳裂纹增长是裂纹尖端剪切带不断聚合的过程,裂纹面上的法向应力/应变使这种聚合加速。法向载荷保持不变,随着最大轴向力的增大,微动损伤增大。4种微动疲劳寿命预估模型的结果表明,微动损伤在试件接触区边缘最大,容易萌生微动裂纹,与实验值一致。微动疲劳寿命预测结果表明,Ruiz参数预测结果与实验结果误差在2倍公差带因子范围内,最接近实验值。结论微动磨损区分为粘着区、混合区、滑移区,在混合区边界上最容易发生塑性变形,萌生微动疲劳裂纹,用Ruiz参数预测ZL702A铝合金的微动疲劳寿命是可行的。     

TA1钛合金自冲铆接接头疲劳性能及失效机理分析

采用轴向加载的形式对TA1钛合金自冲铆接试样进行疲劳试验,分析了不同因素下试样的疲劳强度变化规律;通过扫描电镜对试样失效断口和微动磨损进行分析,研究试样的失效机理. 结果表明,在同种铆接因素下,试样疲劳强度随应力比的增大而增大,随最大载荷值的增加而下降. 通过断口分析发现,铆钉断裂失效时,疲劳裂纹主要产生在钉胫外侧;基板断裂失效时,疲劳裂纹首先萌生在铆钉胫尾部与下板接触区域. 基板与铆钉的微动磨损在某种情况下存在竞争机制,当铆钉微裂纹扩展速率大于基板时表现为铆钉失效,反之为基板失效.     

TC17钛合金电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展规律及疲劳剩余寿命

首先通过试验取得母材及焊接接头的疲劳裂纹扩展速率,然后结合TC17钛合金电子束焊接接头CTOD试验结果及裂纹容限计算值,以估算其疲劳剩余寿命.结果表明:在低应力水平或低△K下,TC17电子束焊缝的da/dN数据与母材的基本相当;然而随着应力水平的增加,焊缝的da/dN值越来越大.在初始裂纹尺寸相同的情况下,TC17合金电子束焊缝与母材疲劳裂纹扩展寿命曲线存在交叉点.当应力幅大于交叉点应力幅时,TC17母材疲劳裂纹扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要高于相应焊缝的剩余寿命;当应力幅小于交叉点应力幅时,TC17母材扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要低于相应焊缝的剩余寿命.     

激光金属沉积成形304不锈钢的疲劳断裂机理分析

激光金属沉积是一种应用广泛的激光增材制造技术，文中对激光金属沉积成形304奥氏体不锈钢进行疲劳试验，并对其疲劳断裂机理进行了分析.根据试验结果绘制激光金属沉积成形304奥氏体不锈钢的应力-寿命(S-N)曲线，结果表明，应力幅的大小对疲劳断口形貌有着至关重要的影响.应力幅越大，疲劳断口越粗糙，在较高的应力幅作用下，断裂试样表面存在随机分布的孔洞和裂纹，材料缺陷如氧化物夹杂和孔洞是导致疲劳裂纹萌生的主要原因，而在较大的应力幅(如275 MPa)作用下，较大的局部塑性变形也是导致疲劳裂纹萌生原因之一，随着应力幅的增大，疲劳条带更加清晰，在较高的应力幅作用下，多个滑移系的相交导致疲劳条带不在同一平面内扩展，并且裂纹扩展区内出现轮胎压痕.随着应力幅的增大，由于疲劳裂纹扩展区内塑性变形量的增大导致疲劳裂纹扩展区中二次裂纹数量增加.     

AZ31镁合金在高周疲劳过程中微观组织和孪晶演变特征

利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了室温条件下AZ31镁合金在不同加载频率（3和30 Hz）和不同应力幅值（90,95,100,105,110 MPa）疲劳变形后的组织演变规律及断口形貌特征。结果表明：随着加载应力增加,基体内残余孪晶数量增加,残余孪晶主要以拉伸孪晶形式存在。随着应力幅值的增加晶粒逐渐细化,这是由于在循环过程中,拉伸孪晶演变诱导晶粒细化。随着应力幅值的增加,织构强度显著减弱,这与试样疲劳后的再结晶机制有关。通过对试样疲劳断口的分析,发现孪晶片层处容易引起裂纹萌生,随着应力的增加,试样中裂纹扩展区面积逐渐减小,在疲劳裂纹扩展区观察到明显的疲劳辉纹。最终断裂区表面粗糙,主要存在韧窝、撕裂脊以及二次裂纹等形貌。在最终断裂区可观察到韧窝,韧窝尺寸随着循环应力的增加,在较高加载频率下,韧窝的尺寸与数量均减小。     

激光喷丸强化对电化学充氢316L奥氏体不锈钢振动疲劳性能的影响

本文研究了激光喷丸强化对电化学充氢316L奥氏体不锈钢振动疲劳性能的影响。测试分析了不同激光功率密度喷丸316L不锈钢充氢试样的残余应力、显微硬度和微观组织结构,并对比研究其振动疲劳寿命和断口形貌。结果显示,激光喷丸诱导材料表层位错密度增加,并有效细化晶粒,抑制了氢原子的入侵,同时复杂晶界和高密度位错增殖结构阻碍了氢原子的聚集和扩散,降低了316L奥氏体不锈钢马氏体转变的程度,有助于抑制微裂纹的萌生;另一方面,激光喷丸诱导产生的高幅残余压应力,不仅抑制了氢原子的渗透,而且还提高了疲劳裂纹扩展阈值,减缓裂纹扩展速率。振动疲劳试验结果显示,激光喷丸316L不锈钢充氢试样的疲劳寿命均获得了显著提高,最大提升幅值可达79.36%,断口形貌分析进一步证明了激光喷丸可有效降低充氢试样疲劳裂纹扩展速率,提升材料断裂韧性,进而改善材料的振动疲劳特性。     

细晶Ti-2Al-2．5Zr合金室温／低温低周疲劳行为及微观结构

对细晶Ti-2A;-2.5Zr合金进行了室温/低温(77 K)疲劳实验及微观组织观察.结果表明:室温低应变幅Δεt/2(=0.5%,1.0%)下,合金表现为循环软化;室温高应变幅(1.5%,2.0%)下,则表现为循环应力饱和;77 K时,不同应变幅下均表现为循环硬化,且随应变幅升高,循环硬化程度增强.疲劳寿命测试结果表明:低温疲劳寿命始终高于室温.断口SEM观察表明,室温和低温下,疲劳裂纹扩展区均有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展,室温下伴随有大量二次裂纹,低温下的二次裂纹数量明显减少.TEM观察表明:低温下孪生是合金主要的变形方式,包括{1011}和{1121}型孪晶.疲劳变形位错组态为:室温较低应变幅(0.5%,1.0%)下,形成位错线和局部位错缠结;室温下应变幅提高到1.5%和2.0%时,{1010}柱面和{1121}锥面滑移同时开动,位错组态演化为亚晶和明显的位错胞.77 K下,应变幅2.0%时形成沿柱面平行分布的位错带;77 K下应变幅升高到4.5%时,多滑移形成相互垂直的位错线.低温诱发形变孪晶是Ti-2Al-2.5Zr低温疲劳寿命升高的原因.     

高强度桥梁钢焊接接头疲劳性能的研究

利用高频疲劳试验机对高强度桥梁钢焊接接头测定了应力比R>0条件下的应力.循环次数(S-N)曲线,并对疲劳断口进行观察.系统分析疲劳裂纹的形成、扩展以及瞬断过程.结果表明,高强度桥梁钢焊接接头在R>O条件下的疲劳极限为470 MPa,稍低于焊接接头的屈服强度,应力幅σ与循环次数,N的关系为lgN=36.9-13.743 81gσ;在较高应力幅下的疲劳裂纹起源于试样表面的某种缺陷,在较低加载应力幅下的疲劳裂纹起源于大尺寸的夹杂物;疲劳扩展区断口微观形貌为疲劳辉纹和微坑,在微坑中可以观察到第二相粒子,局部区域可以观察到二次裂纹;瞬断区断口形貌具有典型的韧窝特征.     

应力比对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对TC4-DT钛合金在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为进行了研究,绘制出疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK之间的关系曲线,用SEM对断口形貌进行了观测。实验结果表明,随着应力比增加,裂纹扩展速率增加;应力比降低,da/dN曲线向高ΔK方向移动。预裂区主要是以微区解理断裂机制为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制,快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征。     

孪晶片层厚度对纳米孪晶Cu疲劳性能的影响

通过恒应力幅控制拉--拉疲劳实验, 比较了脉冲电解沉积制备的不同孪晶片层厚度纯Cu样品的疲劳寿命和疲劳耐久极限. 结果表明: 在应力疲劳下, 样品的疲劳寿命与疲劳耐久极限均随孪晶片层厚度的减小而提高. 疲劳样品的宏观表面变形形貌(SEM观察)和微观结构(TEM观察)表明:
当平均孪晶片层厚度为85 nm时, 材料的塑性形变由位错滑移和剪切带共同承担, 进而疲劳裂纹沿剪切带萌生; 而当平均孪晶片层厚度为32 nm时, 材料的塑性形变由位错--孪晶界交互作用主导, 从而导致疲劳裂纹沿孪晶界形成.