转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对SMA490BW钢焊接接头的超高周疲劳性能进行研究,通过X射线应力仪对焊接试样残余应力进行测试,采用扫描电镜对疲劳裂纹的萌生、扩展及疲劳断裂机理进行观察和分析. 结果表明,SMA490BW钢母材的疲劳性能远高于焊接接头,在1 × 10⁸循环周次条件下,接头的疲劳强度为141 MPa,仅为母材的44.2%. 接头裂纹主要萌生于焊趾表面缺陷处,疲劳断裂机理表现为准解理断裂, 并伴有塑性变形痕迹. 焊趾处几何不连续造成的应力集中和焊缝及其附近区域一定的残余拉应力,以及接头各微区组织和性能的不均匀性,是导致焊接接头疲劳性能偏低的主要原因.     

金属材料超高周疲劳失效的基本特征

随着工业技术水平和金属材料强度的提高,超高周疲劳已经成为工程部件失效的新问题,超声疲劳试验是目前研究金属材料的超高周疲劳性能的主要方法.对金属材料超高周疲劳失效的基本特征进行了总结分析.超高周疲劳的S-N曲线一般分为3种形态特征:持续下降型、阶梯下降型和传统无限寿命型;裂纹萌生的位置与金属材料的种类、夹杂物的尺寸和残余...     

DZ125高温合金超高周疲劳裂纹萌生与扩展

裂纹的萌生与扩展是研究合金材料超高周疲劳行为的重要方面.本研究分析与探讨了温度和表面状态对DZ125合金的超高周疲劳裂纹萌生与扩展特征的影响.不同温度下,DZ125合金的超高周疲劳裂纹萌生位置和扩展方式不同.室温下,裂纹均沿表面起源,裂纹扩展以拉伸模式为主;700 ℃下,裂纹均沿亚表面起源,裂纹扩展以剪切模式为主.室温下,DZ125合金经激光冲击处理前后的超高周疲劳裂纹萌生位置和扩展方式均存在差异.经过激光冲击处理后,裂纹萌生于合金的内部孔洞缺陷,裂纹扩展完全以剪切模式进行.     

回火温度对42CrMo钢超高周疲劳行为的影响

利用超声疲劳试验方法研究了不同回火温度对汽车轴用42CrMo调质钢疲劳性能的影响以及其裂纹萌生机理。结果表明,42CrMo调质钢的疲劳S-N曲线在106~109cyc范围内存在平台,490℃回火后109cyc的疲劳极限为600 MPa,520℃回火后109cyc的疲劳极限为550 MPa。SEM断口观察表明42CrMo钢在高应力水平下疲劳裂纹倾向于在表面萌生,应力在疲劳极限附近疲劳裂纹倾向于在内部Al2O3夹杂处萌生,疲劳后材料中的碳化物明显增加。TEM结果显示经过疲劳后屈氏体中板条的尺寸从原始的237 nm降低为138 nm。同时定量分析了夹杂尺寸与疲劳极限和疲劳寿命的关系。     

M38镍基高温合金高温低周疲劳性能及断裂机制

对铸造镍基高温合金M38在900 ℃下的低周疲劳行为进行了研究.采取轴向总应变控制,应变比为-1,应变速率为1×10-2 s-1.实验结果表明:M38在900 ℃下具有与IN738LC接近的疲劳性能.在高应变幅时,疲劳裂纹主要萌生在表面碳化物等应力集中处;在低应变幅时,氧化对裂纹的萌生起重要作用,疲劳裂纹主要萌生于与试样表面相连的易氧化的富Cr晶界处和富Ti的碳化物处.在所有应变幅下,疲劳裂纹均沿垂直应力轴的方向穿晶扩展.     

硫对超高强度钢300M高周疲劳性能的影响

对高硫和低硫300M钢的显微组织和力学性能进行了系统研究,重点分析了硫含量对300M钢中夹杂物特征及高周疲劳寿命的影响机理。研究发现,硫含量的增加会大大降低300M钢的高周疲劳寿命。硫含量的增加会提高MnS夹杂物的析出温度及析出数量,提高试样次表层出现大尺寸MnS夹杂物的概率,大大降低高周疲劳裂纹萌生的难度,进而降低300M钢的高周疲劳寿命。     

Q345桥梁钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳振动技术研究了桥梁钢Q345qC的母材和圆形对接焊接接头试件的高周与超高周疲劳性能.试验发现,在105～109循环周次内焊接接头的疲劳性能远低于母材,且无论是母材还是焊接接头其S-N曲线都是呈连续下降趋势.当母材服役超过107周次,焊接接头服役超过5×106周次以后,试件仍然发生疲劳断裂.结果表明,焊接接头...     

合金材料超高周疲劳行为的基本特征和影响因素

合金材料在超高周疲劳下具有与低周和高周疲劳不同的裂纹萌生和扩展行为以及不同的 S--N曲线特征. 材料的强度、循环加载的频率、所处的环境等都显著影响超高周疲劳的特性. 本文综述了合金材料超高周疲劳行为的基本特征和影响因素的研究进展.     

不同加载频率下GCr15钢超高周疲劳行为的研究

分别采用常规和超声疲劳的试验方法,结合断裂力学理论以及FRASTA仿真,开展了GCr15钢超高周疲劳破坏行为的研究。结果表明,根据裂纹萌生位置的不同,疲劳破坏分为表面和内部破坏两种,其中内部破坏伴有granular bright facet(GBF)现象的产生,整个内部裂纹具有Fish-eye形貌特征。材料的疲劳S-N曲线呈现持续下降的趋势,ΔKGBF(4～4.2MPa·m1/2)是控制内部裂纹扩展的临界参数,超声疲劳试验提高了材料的疲劳强度,高强度钢的超高周疲劳行为的研究应采用常规试验为主,超声为辅的试验方法。     

氢对高强弹簧钢50CrV4超高周疲劳性能的影响

制备了3种不同氢含量的高强弹簧钢50CrV4样品(淬火,回火样品,0.6×10-6;真空退火样品,0.2×10-6;高温高压热充氢样品, 2.5×10-6).SEM观察表明,疲劳断口内部起裂源为小夹杂团簇;疲劳强度测试表明,随氢含量(c)的增加,疲劳强度基本上按σ0-α exp(c)规律降低, Basquin方程中的Basquin指数随氢含量的增加有明显变化.     

氢对含(Ti,Mo)C析出相的调质钢的超高周疲劳性能的影响

研究了未溶和回火析出的(Ti,Mo)C析出相的氢陷阱作用对调质铬钼钢的超高周疲劳性能的影响.结果表明:球形未溶(Ti,Mo)C析出相的氢解吸附激活能为142.6 kJ/mol,这种强氢陷阱在电化学充氢条件下不会捕获氢;细小的回火(Ti,Mo)C析出相是有效的氢陷阱,其捕获的氢的解吸附激活能为17.0kJ/mol,这部分...     

Damage mechanism of a nodular cast iron under the very high cycle fatigue regime

Fatigue behaviour in the very high cycle regime (VHCF) of 10¹⁰ cycles were investigated with a cast iron (GS51) under ultrasonic fatigue test system (20 kHz) in ambient air at room temperature with a stress ratio R = −1.

The influence of frequency was examined by comparing similar data generated on conventional servo hydraulic test systems. An advanced, high-speed, and high-sensitivity infrared imaging system was used to measure the temperature changes during ultrasonic fatigue test at various load levels caused by internal damping due to a very high frequency cycling. The temperature field on the surface specimen was determined by using a non-destructive measurement technique called infrared pyrometer. An infrared camera made up of a matrix of 320 × 240 detectors was used.

The S-N curves obtained show that fatigue failure occurred beyond 10⁹ cycles, fatigue limit does not exist for the cast iron and there is no evidence of frequency effect on the test results. A detailed study on fatigue specimens subjected to ultrasonic frequency shows that the temperature evolution of the cast iron specimen is very evident, the temperature increased just at the beginning of the test, the temperature increased depending on the maximum stress amplitude. Under the current test conditions, the high cycle fatigue (VHCF) behaviour of the cast iron exhibited a typical fatigue crack growth process, that is, fatigue initiation takes place always at the surface graphite or subsurface void; the distinctive stable fatigue crack growth zone can be found around the fatigue crack initiation site, the change of fatigue initiation site from surface to subsurface is associated with the complex effects of applied maximum stress level, surface condition.

Under lower stress amplitude and high cycle condition, surface graphite fatigue initiation is predominantly depended on cyclic stress amplitude; subsurface void fatigue initiation is determined by maximum cyclic stress.

In the process of small crack propagation, the temperature in local plastic zone increase very sharply. The temperature field of ultrasonic fatigue specimen can be changed with the cooling condition; internal heating can accelerate surface fatigue crack initiation and propagation.

Fatigue properties in VHCF regime were studied for cast iron (GS51) at 20 kHz frequency and for the first time, crack initiation and propagation stages were analyzed using a high-sensitivity infrared camera. The new Paris's model for fish eye formation in the gigacycle fatigue were also confirmed by this study.     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接接头组织及性能

文中对比研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接头和母材的高周疲劳性能,发现接头的高周疲劳性能与母材非常接近。在文中试验条件下,电子束焊接头在循环周次为2×10⁶时的高周疲劳强度为474 MPa,达到母材的94.2%。观察电子束焊接头和母材的高周疲劳断口形貌,发现接头和母材的疲劳源均位于试样表面。疲劳裂纹扩展区都发现疲劳辉纹,相同载荷条件下,母材高周疲劳断口中辉纹的间距较小,约为1.49 μm,电子束焊接头的相邻辉纹间距为2.14 μm。在接头和母材的疲劳瞬断裂区还发现大量韧窝,呈现出典型的韧性断裂特征。文中还对比了母材、热影响区和焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,发现热影响区的抗疲劳裂纹扩展性能最弱。分析认为,热影响区的高硬度是导致其抗疲劳裂纹扩展性能弱于其他区域的重要原因。

     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。     

Cr-Mo-V系高强度钢的疲劳断裂行为

采用旋转弯曲疲劳和疲劳裂纹扩展实验研究一种新型Cr-Mo-V系高强度钢在不同回火温度下的疲劳破坏行为.结果表明,Cr-Mo-V系高强度钢的旋转弯曲疲劳极限σ-1与抗拉强度Rm的比值σ-1/Rm随回火温度的升高而增加.在相同的强度水平下,实验钢的疲劳极限高于商业42CrMo钢.对疲劳断口裂纹源的分析表明,实验钢的疲劳裂纹主要起源于钢中的非金属夹杂物.采用C-T试样测定疲劳裂纹扩展速率的实验结果表明,Cr-Mo-V系高强度钢疲劳裂纹扩展第二阶段的扩展速率随回火温度升高而有所降低.在1500 MPa强度水平下,实验钢的疲劳裂纹扩展速率低于42CrMo钢.     

回火对强流脉冲电子束辐照M50钢重熔层耐蚀性能的影响

利用强流脉冲电子束技术对M50钢进行了辐照处理,并对重熔层在550、600和675 ℃条件下进行了回火处理。采用XRD、SEM和电化学综合测试系统等手段分析了不同处理方式对重熔层组织和耐蚀性能的影响。结果表明,M50钢经过强流脉冲电子束辐照后表层的碳化物溶解,马氏体转变被抑制,耐腐蚀性能上升。经过回火处理后,重熔层内残留奥氏体分解,耐蚀性能逐渐降低。     

X80针状铁素体管线管的超高周疲劳行为

采用超声疲劳试验加载方法,研究了X80针状铁素体管线管的超高周疲劳行为,并利用扫描电镜(SEM)对其疲劳断口进行了观察。结果表明,在10^9循环周次内,X80针状铁素体管线管的超高周疲劳S-N曲线为连续下降型,不存在传统疲劳极限的水平平台。SEM疲劳断口观察表明,在高应力幅短寿命区域,疲劳裂纹主要萌生于试样表面的加工缺陷,而在10^7循环周次以后,疲劳断裂主要起源于试样内部的非金属夹杂物。