304不锈钢的超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验技术对304不锈钢超高周疲劳性能进行了研究,并用扫描电镜对疲劳断口进行了分析.结果表明:304不锈钢在105～1010周次范围内的S-N曲线呈阶梯型下降趋势;在106～108周次出现平台,平台对应应力幅约为200 MPa;在平台应力以下,108周次以上超高周范围304不锈钢仍然发生疲劳断裂,不存在传统意义的疲劳强度;高周和超高周断裂试样的裂纹主要从试样表面萌生.     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

20 kHz频率下高强度钢超高周疲劳研究

应用超声疲劳试验技术，对两种高强度钢在20kHz频率下10^5～10^10循环周次的疲劳性能进行了测试分析。结果表明：应力比R=-1时，D38MSV5S钢与100C6钢在10^5～10^10循环周次之间，试样仍会发生疲劳断裂，疲劳强度随循环次数的增加而下降；R=0．1时，D38MSV5S钢在10^6～10^7循环周次之问会出现疲劳强度。与30Hz频率下常规疲劳试验数据比较发现，频率对100C6钢的疲劳性能影响不大；R=-1时，D38MSV5S钢20kHz频率下的SN曲线略低于30Hz频率下的SN曲线，当R=0．1时，频率对D38MSV5S钢疲劳性能的影响更为明显。在超高周疲劳循环下，疲劳破坏主要起源于试样内部夹杂物。     

金属材料超高周疲劳研究进展

随着机械装备很多关键零部件设计寿命的提高,超高周疲劳研究已经成为工程材料研究领域一个新的热点问题,近几十年来在世界各地得到广泛开展.文中综述国内外金属材料超高周疲劳研究取得的成果,特别是近十年来在金属材料超高周疲劳试验方法、疲劳行为特征、机理和寿命预测等方面的进展,重点讨论超高周疲劳裂纹萌生和扩展的研究中得到的试验结果和形成的理论模型.指出超高周疲劳研究现有理论和计算模型存在的不足,并提出几个值得进一步研究的问题和有价值的研究方法.     

金属材料超高周疲劳研究综述

从20世纪80年代日本的学者提出钢铁材料在超过10^7的应力循环出现疲劳破坏的现象后,到20世纪90年代这一现象得到欧洲学者的重视,并通过很多合金的10^10应力循环的超声疲劳实验数据证明这一现象的存在。至此,超高周疲劳研究在国际上逐渐成为疲劳研究领域的一个热点。文中论述金属材料超高周疲劳研究的背景及意义,介绍最近几年超高周疲劳的研究成果,回顾金属疲劳研究的历史,明确超高周疲劳在疲劳研究史上的地位,提出今后超高周疲劳研究的课题。     

热处理对损伤容限型TC4钛合金疲劳性能的影响

本文利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)研究了不同的状态下损伤容限型TC4钛合金的疲劳性能。结果表明:损伤容限型TC4钛合金经过995℃/1hAC+550℃/4 h处理后得到魏氏组织,并且疲劳性能比原始状态和经900℃/1hAC+550℃/4h处理后都要好。从疲劳断口观察到,预裂区和快速扩展区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。     

平均应力对50钢超高周疲劳性能的影响

为了进一步拓宽超声疲劳试验的研究范围,对50钢进行了含有平均应力的三点弯曲和非对称拉压疲劳性能试验,得到相应的疲劳,S-N曲线,研究了平均应力对其超高周疲劳性能的影响。结果表明：超声频率加载下平均应力对50钢疲劳性能有显著影响,在应力幅相同的情况下,随着平均应力的增大,疲劳寿命降低;常规疲劳用于描述平均应力影响的Morrow关系仍能描述超声频率加载下高周疲劳（〈10^7周次）范围内拉伸平均应力对50钢疲劳性能的影响,但是不能用来描述超高周范围内拉伸平均应力和弯曲平均应力对疲劳性能的影响;常规疲劳用于描述平均应力影响的Goodman模型仍能很好地描述超声频率加载下一定寿命的应力幅值和平均应力的配合。     

激光焊接对TC4钛合金静强度与疲劳性能的影响

采用静拉伸与等幅疲劳试验,对TC4钛合金母材试样和激光焊接(聚焦焊后进行散焦焊接)试样的静强度和疲劳寿命进行了对比研究,得到了两种试样的静强度、中值疲劳寿命S-N曲线和95%可靠度下的安全寿命P-S-N曲线,并获得了两种试样在指定疲劳寿命106次循环下所对应的中值疲劳强度和安全疲劳强度。结果表明:与母材试样相比,激光焊接试样的静强度虽然有所提高,但疲劳寿命或疲劳强度却大幅降低。     

气态腐蚀环境对疲劳性能的影响

利用材料试验机进行腐蚀疲劳试验,设计了腐蚀疲劳试验装置,研究了腐蚀环境对疲劳寿命的影响.     

表面粗糙度对TC17疲劳失效影响的试验研究

表面粗糙度是影响金属材料疲劳性能的重要因素,尤其针对钛合金TC17.目前基于表面粗糙度的钛合金TC17疲劳失效研究尚未得到广泛开展,相应的试验数据及结果也较少.以超声疲劳试验技术为基础,针对钛合金TC17进行不同粗糙度条件下的疲劳试验,使用先进的检测设备对试件断口进行观察与检测,分析表面粗糙度对钛合金TC17疲劳失效的影响.结果 发现:粗糙度对TC17疲劳失效特征及疲劳性能存在劣化作用,在高周与超高周疲劳范畴中,表面粗糙度都是引起TC17疲劳失效的主要因素.以Murakami模型为基础,结合钛合金TC17疲劳试验结果,验证了经典模型对钛合金TC17疲劳强度预测的适用性,并预测了不同粗糙度条件下TC17的疲劳强度.文中研究内容对钛合金TC17的应用具有积极意义.     

超高周疲劳研究现状及展望

超高周疲劳是指疲劳周次达到10^8及其以上时材料的疲劳行为。与一般认识的疲劳行为不同之处是,超高周疲劳发生在传统疲劳极限以下,因此研究超高周疲劳行为有助于进一步理解疲劳的本质和疲劳机理。文中综述近几年超高周疲劳研究的进展,包括超高周疲劳的典型特征,如S-N曲线的特点、断口特征、断面上的鱼眼形貌以及裂纹的起源与扩展特征等;分析疲劳机理和相关的模型以及简要探讨影响超高周疲劳的一些因素,如加载频率、加载方式、氢的作用等。在此基础上提出值得进一步研究的几个问题。     

TiAl 合金高周弯曲疲劳研究

应用压电超声疲劳试验技术,开发20 kHz频率下的三点弯曲疲劳试验系统,完成室温下TiAl合金超高周弯曲疲劳试验.结果表明,在疲劳循环大于107周时,试样仍会发生疲劳断裂.S-N曲线显示,当应力比R=0.7时,在107周后会出现疲劳极限,表面粗糙度对疲劳性能没有明显影响.当R=0.1 及R=0.5时,在105～1010周之间疲劳强度随循环次数的增加连续下降,S-N曲线未出现水平.光学显微观察发现,TiAl合金由α2-Ti3Al 和γ-TiAl组成(γ α2钛铝合金),具有全片层状显微结构.疲劳破坏主要起源于试件表面承受应力最大处,层状晶体内层间裂纹萌生是 TiAl合金主要的裂纹萌生方式,疲劳裂纹主要以穿晶方式扩展.在超高周循环条件下, 疲劳裂纹也会从试样近表层处的铸造缩孔萌生.     

喷丸对TC4钛合金残余压应力场及疲劳寿命的影响

研究了不同弹丸及喷丸参数对喷丸后TC4钛合金表面形貌、表面塑性变形程度、残余压应力场和疲劳寿命的影响。结果表明:与铸钢弹丸相比,陶瓷弹丸喷丸强化后TC4钛合金表面的起伏程度变化不大,但能有效地覆盖加工刀痕;随喷丸压力增大和喷丸时间延长,试样表面的累积塑性变形先快速增大后趋于饱和;当喷丸压力达到0.25 MPa、铸钢弹丸喷丸时间大于40 s或陶瓷弹丸喷丸时间大于80 s时,最大残余压应力可达到610 MPa,残余压应力场深度超过250μm;两种弹丸喷丸强化后,TC4钛合金的疲劳寿命分别可提高10倍和20倍以上。     

高低周复合载荷下的钛合金疲劳寿命估算

航空发动机转子叶片等在工作中常受到高低周复合载荷的作用.对TC11钛合金试件进行低周、高周和高低周复合疲劳性能试验,得到不同载荷类型下的中值寿命.在试验结果的基础上,运用线性累积、非线性累积损伤理论,对高低周复合疲劳试验的寿命进行估算,并对结果进行分析讨论.结果表明:高低周复合循环降低了TC11的抗疲劳性能;线性累积损...     

钛合金TC4低周疲劳连续损伤力学研究

基于Lemaitre损伤理论,利用改进的损伤演化模型和损伤解耦简化分析方法,对钛合金材料TC4(Ti6Al4A)进行等幅低周疲劳损伤演化的理论分析和试验研究.试验结果表明,TC4材料的明显循环软化阶段和宏观裂纹扩展阶段较短,在两者之间的稳定损伤演化阶段,随循环次数的增加,应力幅平稳、缓慢地降低,下降幅度不很大,该阶段构成低周疲劳寿命的主要部分;在典型低周疲劳阶段TC4材料损伤抗力较强,疲劳破坏对于连续损伤比较敏感.用简化的损伤力学分析方法,计算试件和元件的低周疲劳损伤和寿命,验证方法的有效性.所建议的方法比较简单,可用于具有类似疲劳破坏特点的材料与构件的损伤演化分析和寿命预测.     

不同锻造工艺对TC10钛合金组织和性能的影响

TC10钛合金由于具有优异的耐蚀性和良好的综合性能,广泛地应用于海洋石油开采和潮湿环境中,市场前景广阔。但由于钛合金锻造温度较窄,变形量不好控制。研究了不同的锻造工艺对TC10钛合金组织和性能的影响,铸锭经β相区开坯后,中间锻造分别执行工艺A和工艺B,在各工序中取样做金相组织,并做成品棒材的力学性能分析,结果表明:镦拔次数较多、锻比较大的试样金相组织更加均匀、细小,性能各向异性较小,棒材强度较高。     

GCr15钢超高周疲劳行为的实验研究

以GCr15钢为实验材料进行旋转弯曲超高周疲劳行为的实验研究.用光学显微镜和扫描电镜对试样疲劳断口进行观察,结果显示,疲劳断裂周次从106直到4×108,GCr15钢疲劳裂纹大多起源于试样内部,裂纹源一般为非金属夹杂物.从内部起裂的试样,疲劳寿命一般比从表面起裂试样的寿命长.文中从断裂力学和断裂物理的角度,对实验结果和疲劳机理进行分析.     

预腐蚀疲劳寿命影响系数及S-N曲线研究

针对飞机结构日历寿命评定问题,对预腐蚀疲劳寿命影响系数C和疲劳S-N曲线进行研究.统计分析推导出影响系数C的一般形式,由疲劳试验数据分析结果建立预腐蚀疲劳S-N曲线方程.结果表明, 影响系数C不但与预腐蚀时间T有关,而且与应力水平S有关;在一定的预腐蚀和疲劳条件下,可以建立预腐蚀疲劳S-N曲线与一般环境下疲劳S-N曲线之间的当量关系,为腐蚀环境下飞机结构疲劳寿命分析和评定提供理论依据.     

硬质合金高温性能对TC4钛合金高速铣削的影响研究

在高速铣削加工钛合金的过程中,硬质合金刀具承受较高的切削温度,导致刀具快速磨损和失效。通过添加TaC(NbC)难熔金属碳化物制备新型WC-Co基硬质合金,采用高温硬度计检测新型硬质合金的高温硬度和高温断裂韧性,均较传统WC-Co基硬质合金有提升。将添加TaC(NbC)的新型硬质合金材料制备成整体硬质合金立铣刀,并进行高速铣削钛合金TC4对比试验。结果表明:添加TaC(NbC)的硬质合金刀具,可以有效提高刀具的耐磨性,降低裂纹的出现和扩展,从而提高硬质合金刀具在高速铣削钛合金时的使用寿命。