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。     

航空发动机涡轮盘GH4133B合金的疲劳断裂与组织研究

研究了不同应力幅值下航空发动机涡轮盘用GH4133B合金的疲劳性能,并观察了疲劳断口形貌。结果表明,GH4133B合金的理论疲劳极限均值为239.5 MPa;应力幅值为432 MPa时,疲劳断口无明显塑性变形,断口整体较为平整;疲劳源位于试样表面夹杂物处,在应力作用下向心部扩展,后断区位于外侧边缘,可见小面积剪切唇;合金中第二相颗粒在一定程度上会抑制疲劳裂纹的扩展,并减缓裂纹扩展速率。     

铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

按照GB6398-1986试验标准,采用紧凑拉伸试样(CT)测定了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展速率da/dN,采用扫描电镜(SEM)等现代技术对断口形貌进行观察,分析了不同应力比(R值)条件下的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,应力比R对铸造Ti-6Al-4V钛合金的裂纹扩展速率影响较大,应力比R越大,裂纹扩展速率越大。在裂纹预裂区和快速扩展区的断裂机理主要是以微区解理断裂为主,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。     

316Ti不锈钢在模拟核电高温高压水中的腐蚀疲劳裂纹断口研究

研究了轻水堆核电站关键设备材料316Ti不锈钢在模拟核电高温高压水环境下的低周疲劳裂纹断口,讨论了疲劳裂纹扩展、断口特征及环境致裂机理。结果表明,疲劳裂纹为穿晶扩展,且呈折线状,裂纹之间相互交叉、连接、分叉呈现出典型的多裂纹特征;高变速率时裂纹短且数目多,低应变速率时裂纹长但数目少,并且高应变速率的辉纹间距小于低应变速率时的;裂纹尖端产生严重塑性变形,并伴有一些滑移带生成,裂纹尖端或者两侧铁素体/基体界面出现二次裂纹。讨论了裂纹扩展滑移溶解机理,实验结果证实了力学和电化学反应协同作用促进了疲劳裂纹扩展,其扩展机理可用滑移溶解模型解释。     

铸造γ+α双相不锈钢的裂纹生长与扩展速率

采用阶梯能量示波冲击试验法研究了铸造双相不锈钢冲击弯曲破断时,裂纹的萌芽、生长、扩展3个阶段与载荷-位移曲线及断口的对应关系,研究了裂纹的生长与扩展速率。结果表明,裂纹萌芽于屈服后的第2个载荷-位移曲线高峰。裂纹生长的临界尺寸对应于载荷-位移曲线平台后的第2个下跌槛。裂纹生长对应于断口上的启裂区。裂纹扩展对应于断口上的扩展区。在启裂前区裂纹以较低速率波动生长,启裂后区裂纹的生长速率更趋减缓。裂纹扩展的前期扩展速率很高,后期则迅速下降。裂纹从萌芽到生长至临界尺寸耗费了总破断功的76.2%。     

不同疲劳载荷下工业纯钛再结晶热处理对疲劳裂纹扩展行为影响

本文开展热处理后工业纯钛TA2不同载荷水平下疲劳裂纹扩展实验,考虑裂尖塑性变形程度,研究疲劳裂纹扩展规律以及热处理状态对疲劳裂纹扩展不同阶段的适应性。结果表明,不同疲劳载荷下热处理对疲劳扩展速率产生不同的影响。A类加载热处理后的疲劳裂纹扩展速率下降是由于近门槛区有效载荷的降低,以及近门槛值的提高。B类加载下热处理对有效载荷以及裂尖塑性变形几乎没有什么影响。C类与D类加载下热处理后裂尖塑性变形受到限制,而导致疲劳裂纹扩展速率下降。     

316L奥氏体不锈钢非对称载荷下的疲劳与循环塑性行为

对316L奥氏体不锈钢非对称拉-拉疲劳载荷作用下的疲劳和循环塑性行为进行研究。通过疲劳寿命、循环应变幅、平均应变、平均应变率和失效应变的差异划分高、低应力区:在高应力区,平均应变、平均应变率和失效应变大,存在显著的循环塑性变形,疲劳寿命短;在低应力区,循环塑性变形累积有限,疲劳寿命显著增加。通过失效区域的显微组织观察和断口分析发现:在高应力区断口附近产生了大量的孔洞,断口以韧窝为主要特征;在低应力区存在疲劳裂纹,其扩展方向垂直于加载方向,断口由起裂点、疲劳裂纹扩展区、过渡区和快速断裂区组成。316L奥氏体不锈钢高应力区为循环塑性变形主导区,失效形式为循环塑性累积产生的韧性失效;低应力区为疲劳主导区,失效形式为疲劳裂纹扩展失效。     

极化和频率对A537钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响

利用三电极技术研究了极化和频率对A537低合金钢在3.5%NaCl活化体系的腐蚀疲劳的裂纹扩展行为,包括对裂纹扩展速率和断口形貌的影响.结果表明,在活化体系中,强极化条件,频率越小,裂纹扩展速率越大;在阴极保护条件下,频率对裂纹扩展速率的影响很小.阳极溶解和阴极析氢可以增加裂纹扩展速率.裂尖析氢量的大小决定了断口解理面大小.在裂尖塑性区内的位错结构为胞结构,而在塑性区外为长位错线     

6N01铝合金MIG焊接头疲劳裂纹扩展性能研究

研究了6N01铝合金MIG焊接头不同区域的疲劳裂纹扩展速率,对接头的宏观形貌、显微组织、显微硬度和疲劳断口进行了分析。结果表明,焊缝区为等轴树枝晶,接头热影响区主要由淬火区和过时效软化区组成。疲劳裂纹在焊缝中的扩展速率最高;热影响区内,应力值范围较低时,疲劳裂纹扩展速率低于母材,随着应力值范围的增加,其扩展速率高于母材。疲劳断口分析表明,裂纹在焊缝中以不规则和粗糙的脆性疲劳条纹形式扩展,而在热影响区则以塑性的疲劳条纹扩展,扩展抗力较高。     

内含硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展研究

为研究钛合金轮盘内部硬α夹杂疲劳裂纹扩展特性,对含预置硬α夹杂钛合金轮盘开展低循环疲劳裂纹扩展试验。结果表明:5229次循环后轮盘破裂;疲劳断口宏观、微观特征显示,预置硬α夹杂为本次疲劳破坏的疲劳源;在裂纹扩展前期,轮盘断口裂纹扩展速率较材料试验数据快;在裂纹扩展中期,断口裂纹扩展速率曲线呈对数线性关系;为了解决疲劳裂纹扩展后期疲劳条带不易识别的问题,使用等效裂纹扩展模型拟合断口裂纹扩展速率曲线,从而可以利用疲劳条带宽度来计算总寿命。同时,利用断口数据,提出和总结了预置硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展特性仿真研究的方法。仿真研究显示:基于Paris公式建立裂纹扩展模型能较好地预测轮盘裂纹扩展特性;轮盘由于疲劳发生最终断裂破坏时,裂纹前沿的应力强度因子远大于断裂韧性,因此,不宜使用应力强度因子直接作为破裂准则。     

膜致应力促氧化膜破裂行为研究

在以滑移溶解理论为基础的裂纹扩展速率定量预测模型中,裂纹长度是裂纹扩展速率的重要影响参数之一,针对镍基合金裂尖裂纹长度的扩展规律,研究裂纹长度对镍基合金材料裂纹尖端膜致应力产生的应力应变场的影响,采用ABAQUS软件,在不考虑外载的情况下,分析膜致应力应变场随裂纹扩展长度的改变所导致裂尖力学特性的变化规律。结果表明,裂纹长度不同,裂尖膜致应力产生的应力应变分布不同,膜致应力是裂纹扩展驱动力中不可忽略的主要因素之一。     

基于全场法的航空Ti-2Al-1.5Mn钛合金疲劳裂纹扩展各向异性研究

准确定量表征航空重要承载结构材料抗疲劳裂纹扩展能力是实施结构件服役寿命评估的基础。本文针对航空用Ti-2Al-1.5Mn钛合金,沿着板材不同取向制备CT试样开展疲劳裂纹扩展速率试验,分别基于全场法及传统方法定量表征了裂纹扩展各阶段应力强度因子幅DK。结果表明：疲劳裂纹扩展速率da/dN-DK关系及裂纹扩展路径显著受到材料取向的影响。相比较于传统表征应力强度因子幅方法,基于全场法一方面能够直接考虑裂尖塑性变形引起裂纹闭合的影响,另一方面能够有效避免因裂纹扩展路径偏折带来的有效裂纹长度测量偏差,从而不能准确获取有效应力强度因子幅的问题,其具有显著优势。基于全场法的疲劳裂纹扩展应力强度因子幅表征具有广泛应用全景。     

残余应力场下核电焊接接头应力腐蚀裂纹扩展特性研究

焊接残余应力是引发核电一回路安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂(SCC)裂纹的主要应力来源。借助ABAQUS软件中的扩展有限元方法(XFEM),通过建立安全端焊接接头有限元模型,研究了残余应力场下裂纹的扩展规律,并利用子模型技术研究了裂纹尖端应力应变场分布规律。研究结果表明,随着裂纹的不断扩展,裂纹的长度增加,塑性变形的面积增加,裂纹偏移量增大。裂纹扩展初期,裂尖附近很大范围内存在较高的应力,随着裂纹的不断扩展,裂尖附近的应力不断减小。     

蠕变性能失配对应力腐蚀裂尖力学场的影响

核电一回路中应力腐蚀开裂(SCC)是奥氏体不锈钢和镍基合金的主要失效形式。金属在高温水中会发生蠕变,从而影响了裂纹的扩展速率。以紧凑拉伸试样为研究对象,采用ABAQUS软件,分析了蠕变失配对SCC裂尖应力、应变以及蠕变速率和裂纹扩展速率的影响。结果表明,蠕变会使裂尖处的高应力在短时间内快速减少,但对应变的影响不明显。随着失配比的增加,C_t积分增大,同时裂纹扩展速率也越大,裂纹在蠕变主导下更易扩展。     

残余应力对U75V重轨钢疲劳裂纹扩展速率的影响

通过残余应力测试仪Stress3000测试了不同工艺处理U75V重轨钢表面残余应力,利用Sinco Tec疲劳试验机研究了残余应力对疲劳裂纹扩展速率的影响,并对疲劳断口形貌进行了观察。结果表明:不同工艺处理U75V重轨钢表面残余应力均为压应力,淬火态试样表面平均残余应力大于轧态试样;随退火温度升高和退火时间延长,试样表面残余应力下降明显。随表面残余压应力的增大,疲劳裂纹常数m值逐渐减小,即裂纹扩展速率随着表面残余压应力的增加而减小。断口形貌观察发现表面残余压应力较大时,断口疲劳辉纹更为细小,有利于降低表面疲劳裂纹扩展速率。     

AA6082铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳扩展速率

研究了6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头不同位置的疲劳裂纹扩展速率,并分析了接头的组织及疲劳断口形貌。试验结果表明,疲劳裂纹扩展速率最快的区域为接头焊核细晶区;当裂纹在热影响区扩展时,在较小的应力强度因子范围(ΔK)条件下,裂纹的扩展速率低于其在母材中的扩展速率,伴随着ΔK的逐渐增加,裂纹的扩展速率明显加快并高于其在母材中的扩展速率。断口形貌表明,疲劳裂纹在焊核区扩展主要由脆性的准解理断裂形貌组成,扩展速率较快;而热影响区及母材区的断口形貌主要由光滑的疲劳条纹组成。     

DWTT异常断口浅析

利用体视显微镜(SM)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对DWTT典型异常断口进行了研究,探讨了裂纹的扩展机制。结果表明,试样采用压制缺口导致撕裂面多点起裂,裂纹传播过程中发生止裂和重新起动;异常断口的形成由裂纹的止裂和重新起裂导致,同时受到锤头打击塑性变形区的影响,与产品厚度和钢级无显著相关性。     

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利用体视显微镜（SM）、光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）对DWTT典型异常断口进行了研究,探讨了裂纹的扩展机制。结果表明,试样采用压制缺口导致撕裂面多点起裂,裂纹传播过程中发生止裂和重新起动;异常断口的形成由裂纹的止裂和重新起裂导致,同时受到锤头打击塑性变形区的影响,与产品厚度和钢级无显著相关性。     

2524铝合金不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为

研究了不同应力比(R=0.1,0.2,0.3,0.5)对2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合扫描电镜(SEM)下裂纹的断口形貌特征进行了分析。结果表明:应力比R对疲劳裂纹扩展寿命和速率存在明显影响,在恒定最大载荷条件下,应力比越小则裂纹扩展寿命越短;当应力强度因子范围△K相同时,应力比越大,裂纹扩展速率da/dN越快。利用Paris公式对数据进行回归分析,da/dN-△K曲线呈收敛趋势,进一步采用Elber模型进行拟合,从裂纹闭合的角度解释了应力比R对裂纹扩展速率的影响,结果表明该模型能够较好地描述2524-T3铝合金在不同应力比下的疲劳特性。疲劳断口呈现出早期裂纹扩展、稳定扩展和快速扩展3个阶段,不同应力比下,疲劳辉纹间距和二次裂纹数量存在明显差异。     

核电结构材料应力腐蚀开裂初始阶段裂尖驱动力的研究（英文）

裂尖力学状态是影响核电结构材料应力腐蚀开裂(SCC)扩展速率的主要因素之一。为了研究SCC不同扩展阶段裂尖驱动力的变化及其对SCC扩展速率的影响,建立了SCC扩展不同阶段的有限元模型,详细分析了裂纹初始阶段影响裂尖应力状态的工作载荷、残余应力,以及氧化膜形成过程中产生的膜致应力。结果表明,在SCC裂纹初始阶段,裂尖氧化膜形成所产生的"锲入张力"是SCC的主要驱动力;随着裂纹的扩展,工作载荷和残余应力逐渐成为SCC裂纹扩展的主要驱动力。