锆-4合金低周疲劳断口的小波分形特征研究

断口表面的分形维数是断裂表面粗糙度的一种度量，它和材料的韧性相关。应用小波分解技术，用“双毯法”提取了锆-4合金低周疲劳断口在低频、水平高频、垂直高频、对角高频方向上的分形维数。结果表明锆-4合金低周疲劳断口具有分形特征；分形维数与疲劳寿命有关，疲劳寿命越高，分形维数越大；随着分解级数的增加，不同寿命的断口分维值之间差距加大，小波分解的级数越多，越能获得有效的特征量；同一断口，放大倍数不同，分形维数差异较大。低倍下（≤4000XD），随分解级数增加，对角方向上高频信号变化更复杂，分维值上升较快；高倍下（≥8000XD），断口的复杂性降低。     

锆－4合金高温疲劳断口分形特征二次电子线扫描法研究

采用二次电子线扫描法研究了锆－４合金ＲＴ、４００℃和６００℃下疲劳断口分形特征，指出锆－４合金疲劳断口是一种与晶粒尺寸相当的材料组织层次上的分形结构；随着断口分形维数的增大，相应的疲劳寿命单调递增。认为相同循环塑性应变幅下，随着试验温度升高，疲劳过程中蠕变作用加强，断口表面蠕变空洞和二次裂纹数量明显增加，断口表面粗糙度增加是疲劳断口分形维数增大的原因。     

大直径钛铸锭的轧制开坯工艺

采用二次电子线扫描法研究了锆－４合金ＲＴ、４００℃和６００℃下疲劳断口分形特征，指出锆－４合金疲劳断口是一种与晶粒尺寸相当的材料组织层次上的分形结构，随着断口分形维数的增大，相应的疲劳寿命单调递增，认为相同循环塑性应变幅下，随着试验温度升高，疲劳过程中蠕变作用加强，断口表面蠕变空洞和二次裂纹数量明显增加，断口表面粗糙度增加是疲劳断口分形维数增大的原因。     

锆-4合金疲劳断口的分形维数分析

采用基于有限元反射模型的SFS（shape from shading）算法对锆-4合金低周疲劳断口进行三维重建，定量描述了断口表面的三维形貌。然后，根据小岛法的基本理论，研究了断口三维形貌的分维计算方法，计算了一系列平行于断口表面的分维值。结果表明：在40％～60％高度范围内，根据小岛法作出周长L（η）-面积A（η）在双对数图上呈近似直线关系，表明Zr-4合金断口具有良好的分形特征；分形维数D变化范围为1．5809～1．6450，平均值1．603l，标准差0．0237。表明在此切割高度范围内，高度对分维值影响较小。     

DD6单晶高温合金低周疲劳断裂特征的研究

对DD6单晶高温合金在高温低周(980℃、760℃)及疲劳/蠕变交互作用的断裂特征进行了研究。结果表明:DD6单晶高温合金高温低周疲劳断口往往呈多源开裂特征,裂纹萌生于试样的表面或亚表面,疲劳裂纹在刚萌生时沿着一定的小平面进行扩展,扩展区主要由垂直于裂纹扩展方向的疲劳条带和河流花样组成,瞬断区为类解理台阶形貌,裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹的扩展,断口呈现与主应力约成45°的平面特征;低周疲劳/蠕变交互作用的断裂特征与相同应变条件下低周疲劳断口总体形貌相似,但也一些不同之处,如断口整体氧化严重、疲劳扩展区面积明显减小。     

分形用于金属断裂研究的力学量选择问题SCIEI

本文给出了一个描述临界裂纹扩展力的分形模型．指出：断口的分形结构是裂纹扩展过程的产物，因此将分形用于金属断裂研究时，所选择的力学量应该能表征裂纹扩展过程所具有的耗散性；弹性断裂力学的ＫＩｃ、ＪＩｃ等裂纹起裂韧性与断口的分形维数是不相容的．     

Zr及Zr—4合金的循环耗散能,分形维数与疲劳寿命的关系

测定了纯Ｚｒ及Ｚｒ－４合金在室温和４００℃下低周疲劳寿命曲线,分别选用循环塑性耗散应变能和疲劳断口表面分形维数作为疲劳损伤参量,根据Ｚｒ及Ｚｒ－４合金表现为循环硬化,饱和、再软化三阶段的特征,建立了不同变形阶段的累积塑性耗散应变能表达式。结果表明,不同塑性应变幅下循环塑性耗散应变能与疲劳寿命之间满足指数关系。疲劳断口表面分形分析表明：分形维数与疲劳寿命之间也满足指数关系,循环塑性耗散能、分形维数与     

Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5块状非晶合金的低周疲劳行为

研究了室温完全反向应力控制条件下块状非晶合金Zr41.25Til3．75Nil0Cul2．5Be22．5的低周疲劳行为，结果表明，完全非晶和合晶态相非晶合金均表现为循环稳定直至断裂．完全非晶合金的寿命远高于合晶态相非晶合金．通过试样断裂表面及外表面SEM观察，解释了应变稳定循环产生的机制．两种非晶合金的疲劳断口均可观察到裂纹的萌生、扩展及过载断裂区．合晶态相非晶中的晶态相没有起到阻碍裂纹扩展的作用，而是作为裂纹萌生点或疏松．     

压铸镁合金AZ91D高周疲劳性能研究

研究了压铸镁合金AZ91D在应力比R=0．1条件下的高周疲劳性能。结果表明：AZ91D压铸镁合金的室温条件疲劳强度在应力比R=0．1时大约相当于其抗拉强度的44％；AZ91D合金内部的一些缺陷如夹杂等，容易引起应力集中，从而导致裂纹的萌生；AZ91D合金的疲劳断口可以观察到3个典型区域：疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。疲劳裂纹扩展区的疲劳裂纹不明显，疲劳断口呈现出准解理断口的形貌。     

铸造镍基高温合金K52的低周疲劳行为

研究了抗热腐蚀铸造镍基高温合金K52在室温和900℃的低周疲劳行为．对循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析，给出了K52合金在此温度下的疲劳参数．合金的循环应力响应行为在室温下呈现循环硬化，而在900℃时则呈现循环软化，原因在于循环形变过程中位错之间以及位错与析出相之间的相互作用．疲劳断口宏观和微观分析表明：裂纹主要萌生于试样表面或靠近表面的缺陷处；裂纹形成后垂直于加载轴方向扩展，试样呈穿晶断裂．     

TB6钛合金疲劳及裂纹扩展性能研究

本文对TB6钛合金锻件弦向和径向两种取样方向分别进行了室温和200℃下旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳和疲劳裂纹扩展性能试验研究。试验结果表明,弦向（C）和径向（R）两种取样方向对该合金锻件的旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展性能没有影响;温度升高可加速该合金锻件的疲劳裂纹萌生,但在裂纹扩展阶段,该合金高温下的韧性优势与屈服强度降低的劣势平衡的结果使其在室温～200℃温度范围内的疲劳性能基本不受温度的影响;在10—20mm的厚度范围内,厚度对该合金的疲劳裂纹扩展性能没有影响;在3．5％NaCl盐雾环境中。腐蚀介质对TB6钛合金的疲劳裂纹扩展速率在初始阶段有迟滞作用,但在应力强度因子范围大于14MPa m后有加速作用。     

Examination of melting characteristics of pure titanium and welding procedure conditions. Welding of pure titanium,and joint performance (Report 1)

The results of investigations of special features of fatigue failure of the metal of welded joints using the new methods of fractal analysis of the fracture surfaces in metals science of welding are presented. The fractal dimension of the fracture surface is determined and its relationship with the kinetic characteristic of the process – the fatigue crack growth rate – is investigated. The relationships governing the effect of the composition of electrode coatings on the fatigue fracture characteristics are determined.     

DZ125高温合金断裂特征

对DZ125定向凝固高温合金的室温、高温拉伸,高温低周、高周疲劳,以及疲劳/蠕变交互断裂特征进行了研究。结果表明:DZ125合金室温、高温拉伸断口具有类解理断裂、韧窝断裂和沿枝晶断裂的混合特征,断裂机制为中心微孔聚集型断裂;高温低周疲劳断裂断口与主应力方向垂直;高温高周疲劳断裂断口疲劳裂纹扩展第一阶段表现为类解理小平面和平行锯齿状断裂特征。低周/蠕变交互断裂特征与相同条件下低周疲劳断口主要存在3方面差异:疲劳扩展区面积明显减小;断口上的撕裂棱线较多且相互连接;断口上氧化严重,特别是在疲劳扩展区,存在明显的致密氧化层。     

焊接接头材料低周疲劳断口的分形分析

对16MnR压力容器用钢焊接接头应变控制的低周疲劳试验,运用计算机视觉系统测量疲劳断裂粗糙表面,用二维变差法(Variation Method)计算了断口(焊缝金属和焊接热影响区)的Hausdorff维数,发现其随循环滞回能的增加而降低,焊接热影响区断口的Hausdorff维数的变化比焊缝金属断口的Hausdorff维数变化大;建立了疲劳寿命同Hausdorff维数的关系,说明分形维数愈大疲劳寿命愈长。     

FRACTAL ANALYSIS OF FRACTURE SURFACE OF WELDED JOINT UNDER LOW CYCLE FATIGUE

Hausdorff dimension of fracture surface roughness of welded joint,both welding metal andheat-affected zone.of pressure vessel steel 16MnR,tested under strain-controlled low-cyclefatigue,was examined with computer vision srstem and by two-dimensional variation method.Results show that it decreases with the increase of cyclic hysteresis energy.The Hausdorff di-mension variation at heat-affected zone is greater than that of weld metal.It is believed thatthe greater the fractal dimension is,the longer the fatigue life will be.     

单晶高温合金损伤与断裂特征研究

研究了单晶高温合金在持久、拉伸和低周疲劳条件下的损伤与断裂特征。结果表明:单晶合金高温持久微观断裂方式为沿原始微孔洞扩展的微孔聚集型断裂,中温持久微观断裂方式为微孔聚集型断裂与滑移剪切断裂共存的混合型断裂;高温拉伸首先在内部以微孔聚集型模式开裂,最后阶段以滑移剪切的方式发生断裂,微孔聚集型断裂过程占主要地位,中温拉伸以纯滑移剪切的方式发生断裂,断口由一个平面组成;低周疲劳断裂由裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展3个阶段组成。断口呈现多源开裂特征,疲劳裂纹一般萌生于表面。疲劳裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹扩展,断口表现为与主应力约成45°的平面特征。     

分形下材料裂纹的临界表面能

分形理论在金属断裂分析方面的应用越来越广,针对材料裂纹临界表面能与实际表面能存在较大误差的现象,分析并修正了临界表面能与分形尺度的关系.将裂纹临界表面能准则的裂纹平直路径扩展假设修正为分形路径扩展,采用分形理论建立了沿晶断裂、穿晶断裂、沿晶和穿晶混合断裂的分形模型,并根据自相似性分别计算其Hausdorff维数.最后在...     

TC11钛合金焊接疲劳损伤分行演化方程建立

用航空发动机压气机叶盘常用材料TC11钛合金焊接试件，做了控制应变的疲劳寿命试验，获得了最大加载应变与疲劳寿命的关系曲线。应用数据处理技术研究了疲劳断口分维数测量中电镜放大倍数及测量码尺的选择问题，改进了二次电子线扫描分维数处理方法，并成功地应用于钛合金焊接接头断口分维数的测量，获得断口分维数与疲劳寿命关系近似正比例关系。由已建立的焊接结构疲劳损伤分形演化理论模型，建立了一定载荷下TC11钛合金焊接接头疲劳损伤分形演化方程。对航空发动机整体焊接叶盘疲劳寿命预测有重要意义。     

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。     

LOW CYCLE FATIGUE BEHAVIOR OF AZ91HP ALLOY IN AS HIGH PRESSURE DIE CASTING

1. IntroductionDue to comparable strength and price, and lower density, magnesium alloys are replacing aluminum alloys as construction materials, especially ill automobile illdustry. N()wadays, the amount of magnesium for die-casting, 70% of which will be using ill the c;trproduction, is increasing with an average rate of 15% in the world, 30% in Nortll Anleri(.aand 60% in Europe[1--5] each year.Ogarevic and Stephensl6] indicated that a significant amount of stress--life (S-N) 1behavior data…