β相锻造加工工艺中固溶温度对Ti6242合金保载疲劳性能的影响

对Ti6242钛合金进行不同固溶温度(960,980℃)下的β相锻造加工,研究了不同固溶温度下合金的显微组织和拉伸性能,以及高峰值应力下的低周疲劳与保载疲劳性能。结果表明:不同固溶温度下β相锻造后Ti6242合金组织相似,均由网篮组织、晶内α相片层组织和羽毛状α相集束组织组成,960℃固溶温度下羽毛状α相集束多于980℃固溶温度下。与960℃固溶温度下β相锻造后相比,980℃固溶温度下β相区锻造后合金的强度较高,断后伸长率略低,低周疲劳寿命明显较低,保载疲劳敏感系数较低;980℃固溶温度下合金的保载疲劳寿命约为960℃固溶温度下的1.3倍。不同固溶温度下β相锻造后低周疲劳断口的疲劳特征明显,均由疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区组成,而保载疲劳断口均由韧窝和疲劳条带组成,呈现出一种以蠕变断裂为主、疲劳断裂为辅的断裂模式。

FGH4096粉末高温合金保载低周疲劳性能研究

对FGH4096粉末高温合金在700℃下进行了总应变范围控制的低周疲劳试验和拉伸应变保载低周疲劳试验,研究了保载时间对滞回环特征、应力松弛、循环应力响应和疲劳寿命的影响及其产生作用的损伤机理。结果表明,保载时间的引入可导致FGH4096合金疲劳寿命降低,随保载时间的延长,疲劳寿命降低速率逐渐减小;在总应变范围0.9%下,不同保载时间下FGH96合金均表现出循环软化特征;在拉伸应变保持期间发生应力松弛现象,拉伸应变保持初始阶段,应力急剧下降,之后随保持时间延长而趋于平缓。微观组织分析表明,低周疲劳断口和保载低周疲劳断口均由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区组成,疲劳源区均位于试样表面,扫描电镜下观察两种试样断口均未发现明显的蠕变断裂特征。

钛合金Ti-6Al-4V室温保载-疲劳寿命预报方法研究

在考虑小裂纹效应的基础上提出室温下保载-疲劳寿命预报模型。利用该模型对钛合金Ti-6Al-4V的疲劳寿命、不同应力水平和不同保载时间下的保载-疲劳寿命进行预报,并与相应试验结果进行对比和分析。该模型较好地描述了钛合金材料在不同保载时间和应力水平下疲劳和保载-疲劳寿命变化规律。在相同保载时间下,随着应力水平的降低,保载-疲劳寿命与疲劳寿命之间的差异降低,直至相同(应力为0.6σy)。随着应力水平的增加,保载-疲劳寿命与疲劳寿命之间的差异增加。在相同应力水平下,随着保载时间的增加,保载-疲劳寿命呈指数降低,但存在一个饱和时间值。达到该值后,保载-疲劳寿命保持不变。模型的预报值与相应的试验结果吻合较好,表明该模型对钛合金Ti-6Al-4V的保载-疲劳寿命具有良好的预报能力。

钛合金室温保载—疲劳裂纹扩展预报方法及其对Ti-6242的适应性研究

文章在改进的McEvily疲劳裂纹扩展速率模型的基础上,提出了室温下钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报公式。分析公式中应力比、保载时间、保载—疲劳循环最大应力对裂纹扩展速率的敏感性;利用该公式对钛合金Ti-6242的疲劳和保载—疲劳裂纹扩展速率进行预报,并与相应试验结果进行对比分析。结果显示:该预报公式对载荷循环中最大应力最为敏感,保载—疲劳裂纹扩展速率随最大应力呈指数增加;通过与试验对比,该公式对保载—疲劳裂纹扩展具有良好的预报能力。

钛合金室温保载—疲劳裂纹扩展预报方法及其对IMI834的适应性研究（英文）

文章在考虑小裂纹效应的保载—疲劳裂纹扩展速率修正模型基础上,分析了保载时间对保载—疲劳裂纹扩展速率的影响,对模型中的保载时间项进行了修正,即保载—疲劳裂纹扩展速率随保载时间呈指数增加。利用修正后的模型对钛合金IMI834光滑试件的疲劳寿命和不同保载时间下保载—疲劳寿命进行预报,并将预报结果与相应试验结果进行对比分析,从而验证了修正后模型的可靠性。结果显示:保载—疲劳裂纹扩展速率对模型中保载时间参数η非常敏感,由此可以说明不同材料对保载时间敏感程度的不同;钛合金IMI834保载—疲劳寿命随保载时间增加呈指数降低,该模型对IMI834预报结果与试验结果吻合较好,因此该修正模型对钛合金IMI834保载—疲劳裂纹扩展行为具有良好的预报能力。

新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展特性研究

本文针对海洋结构物用的一种新型钛合金材料,开展疲劳裂纹扩展速率和复杂载荷谱下保载-疲劳裂纹扩展速率试验研究,综合探讨上峰值保载时间和下峰值保载时间对该新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展行为的影响规律;基于断裂力学理论,建立新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报模型,采用试验方法验证该模型对新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展行为的预报能力。研究结果表明:新型钛合金材料疲劳裂纹扩展行为对上、下峰值保载时间较敏感,随着上峰值和下峰值保载时间的增加,裂纹扩展速率增加,但是裂纹扩展速率增加的趋势逐渐减小,即上、下保载时间对新型钛合金材料裂纹扩展速率的影响具有一定的饱和值。提出了新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报模型,对复杂载荷谱下的保载-疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究,预报结果与试验结果吻合较好。

舰船关键节点钛合金过载保载-疲劳性能研究

通过对相关理论的研究,发现在梯形波载荷谱中,增加过载波形会对裂纹扩展速率有较大影响。因此,为了最大限度模拟服役环境的复杂性,研究舰船关键节点处材料的疲劳性能。本文分别对舰船关键节点处钛合金材料Ti-6Al-4V进行试验研究,设计并开展了不同保载时间、不同过载比下的过载保载-疲劳裂纹扩展速率试验,并在试验的基础上,对所提出的考虑载荷次序效应的预报模型有效性进行验证,从而证明预报模型与试验结果有潜在的工程应用价值。

Ti60钛合金室温保载疲劳性能及断裂行为

研究高峰值应力条件下Ti60钛合金双态组织和片层组织的低周疲劳与保载疲劳性能,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等观察和分析Ti60钛合金的显微组织与疲劳断裂行为。结果表明:显微组织对低周疲劳性能影响不大,但显著影响保载疲劳性能,双态组织保载疲劳敏感性大于片层组织;保载情况下,疲劳寿命显著下降;随峰值应力的提高,疲劳寿命下降,保载疲劳敏感性增加;相同循环周次内,保载疲劳塑性应变累积大于低周疲劳,双态组织的塑性应变累积大于片层组织;低周疲劳裂纹萌生于试样表面,为单裂纹源,而保载疲劳裂纹为内部多源萌生;断口表面均存在准解理小平面,双态组织断口准解理小平面密度大于片层组织。

保载条件下FGH95材料的疲劳特性及寿命建模

针对FGH95粉末冶金材料进行了650℃时不同保载形式（拉伸保载、压缩保载和拉压保载）的疲劳试验，分析了其变形特征和疲劳寿命分布特征以及保载对疲劳寿命的影响．并据此，为改进保载条件下疲劳寿命的建模，提出了迟滞环位置一形状修正因子的概念，进而得到了一种修正的非弹性应变能～寿命方程．经对该材料疲劳试验寿命的建模和计算分析表明：该方法相比其他几种工程上经常采用的寿命预测方程，较好地解决粉末冶金材料高温保载疲劳时的寿命建模问题，且该方程对试验寿命预测的精度更高，形式简单，具有明显的物理意义．

不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究

研究了定向凝固合金DZ125 850℃时不同保载时间作用下的低循环疲劳行为。进行了拉伸保载时间分别为1 s,60 s,120 s和240 s的试验,并进行了循环应力-应变分析、应变响应分析、疲劳寿命分析以及微观断口分析,结果表明,保载时间对低循环疲劳力学行为有明显影响,随着保载时间的增加疲劳寿命逐渐减小,但保载时间超过一定范围之后疲劳寿命趋于稳定,而且随保载时间的增加蠕变损伤逐渐起主导作用。

全循环周期和保载时间对P91钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响

在620℃下对P91钢进行了蠕变-疲劳裂纹扩展试验,研究了全循环周期对裂纹起裂时间的影响,并讨论了不同保载时间下的裂纹扩展规律。结果表明:在单对数坐标下裂纹起裂时间与全循环周期呈线性关系;当全循环周期小于20 s时,裂纹起裂循环次数不随全循环周期变化;采用断裂参量ΔK表征裂纹扩展速率时,裂纹扩展速率随保载时间的增加而增大,但随ΔK的增大先减小后增大;断裂参量(Ct)avg可较好地关联不同保载时间的平均裂纹扩展速率。

海洋结构物用钛合金Ti-6AL-4V保载——疲劳试验研究（英文）

研究表明室温下疲劳峰值的保载对钛合金材料裂纹扩展速率具有明显影响,为此文章开展了室温疲劳峰值保载对潜水器用钛合金Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展影响的试验研究,并基于保载—疲劳裂纹扩展速率预报模型对该材料的保载—疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究,从而验证该模型的适用性和可靠性。研究结果表明:疲劳载荷应力峰值处引入保载时间明显加速了钛合金Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展速率;随着应力强度因子范围的增加,保载—疲劳裂纹扩展速率与疲劳裂纹扩展速率之间的差异增加,即高应力强度因子范围下保载对裂纹扩展速率的影响加大;基于课题组提出的保载—疲劳裂纹扩展行为预报模型,对钛合金Ti-6Al-4V保载—疲劳裂纹扩展速率进行了预报,预报结果与试验结果吻合较好,从而验证了该模型的可靠性。

不同保载时间实验的花岗岩声发射特性研究

为了研究冲击地压发生前岩体处于加载或保载阶段,有突出倾向的岩体处于保载蠕变状态的问题,对花岗岩试件以每30 k N为梯度进行单轴不同时间保载实验,保载时间分别为1、3、5、10和15 min,并结合声发射进行实验研究。研究结果表明:(1)不同的保载时间对试件的强度及声发射参数有很大区别。与单轴直接加载相比,保载15 min的试件强度降低了43%;与单轴直接加载试件破坏点相比,保载15 min试件破坏时声发射撞击率提高了47%,保载15 min试件破坏时能量累积提高了53%;(2)不同保载时间,每提高相同加载梯度,保载时间越长试件的声发射撞击率越高;(3)花岗岩试件在实验过程中,保载时试件损坏或保载后刚加载试件便损坏的现象,说明保载阶段对试件的破坏有很大影响;(4)花岗岩在单轴保载压缩条件下,每个阶段产生的声发射具有不同的特征。因此,可以用花岗岩保载实验来研究岩石的微观损伤破坏,也可预测现场工程岩体的宏观断裂过程。

基于Zencrack的钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报

对钛合金Ti-6Al-4V疲劳和保载-疲劳裂纹扩展行为进行数值模拟研究,获得不同保载时间对钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响。利用Abaqus软件建立有限元模型,再利用Zencrack软件对保载-疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟,得到不同保载时间下的保载-疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展过程中的前缘形状、应力分布和扩展路径。结果表明:钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率明显高于疲劳裂纹扩展速率,且随着裂纹长度的增加CT试件裂纹尖端的应力值逐渐增加。Zencrack软件数值模拟结果与试验结果吻合较好,说明该软件可用于疲劳和保载-疲劳裂纹扩展行为预报。

全海深载人舱备选材料TB19的低周保载疲劳寿命和破坏模式的试验研究（英文）

全海深载人潜水器正在研制中,其载人舱材料的合理选择是保证潜水器在严峻环境中使用安全的重要因素。高强度钛合金TB19是全海深载人舱的备选材料之一,材料在使用过程中将承受高应力水平下的蠕变疲劳载荷的作用。文章对TB19的低周保载疲劳寿命和破坏模式进行了试验研究,并与已应用于在役载人舱的Ti-6Al-4V ELI材料的性能进行了对比。该研究结果可为后续全海深载人舱的选材和载人舱初步设计提供指导。

钛合金保载疲劳的影响因素与研究进展

钛合金由于其优异的比强、蠕变及疲劳等综合性能,在航空发动机压气机盘等关键转动件中得到广泛的应用。但近年来的研究发现,采用传统的三角波或正弦波循环疲劳寿命评估方法可能会高估部分钛合金在真实运行条件下的疲劳寿命,引发严重的安全事故。保载疲劳通常表现为低于200℃时,在疲劳峰值应力保持加载一段时间,寿命相比传统的循环低周疲劳出现大幅降低。此外,裂纹通常萌生于亚表面,较难在零件服役过程中被有效检测,严重危害航空发动机的安全性和可靠性。综述了近年来国内外在钛合金保载疲劳产生机理,H元素含量、显微组织、加载条件、保载时间等因素影响保载疲劳方面的研究进展,并探讨了钛合金保载疲劳的预防及研究发展方向。

保载时间和应力比对Ti6242合金应力应变响应影响

Ti6242等一些近α和α+β型钛合金存在保载疲劳行为,研究结果显示其保载疲劳失效内在机制主要与周期载荷作用下材料内部微区不均匀变形行为密切相关。本研究在对钛合金保载疲劳现有软−硬取向模型的理解基础上,通过设计Ti6242合金在不同保载时间和应力比载荷作用下的保载疲劳试验,验证保载时间和应力比对保载疲劳寿命影响规律,更长的保载时间引起Ti6242合金保载疲劳寿命单调衰减并趋于稳定,更高的应力比则引起其保载疲劳寿命呈指数增长。从应力−应变曲线分析角度表征Ti6242合金在保载疲劳载荷下的应力、应变响应特征,分析显示保载时间主要影响材料内部局部应力、应变的重新分布和累积变形协调过程,应力比则主要加剧材料在循环载荷中内部软相和硬相的微区应变差别。

纳米压痕检测中保载时间对骨微观弹性模量和硬度影响

目的观察不同保载时间对骨微观弹性模量和硬度的影响,探讨SD大鼠合适的保载时间。方法 10只10月龄雌性SD大鼠,取双侧股骨制备成纳米压痕标本。采用纳米压痕技术分别在不同保载时间下(分为15 s,30 s,60 s,90 s,120 s五组)测量皮质骨的微观硬度和弹性模量。结果随着保载时间的增加,在15 s,30 s,60 s时硬度和弹性模量有递增趋势,在60 s之后有下降趋势或者反折。硬度H组间P>0.05,无显著性差异;弹性模量Er组间P<0.05,有显著性差异。结论 60 s是SD大鼠合适的保载时间。为更准确的测量大鼠微观力学特性提供了理论依据。

新型钛合金保载疲劳裂纹扩展行为预报方法研究

本文对新型钛合金的保载疲劳裂纹扩展行为进行了试验研究。该新型钛合金主要被用于深海载人潜水器的压力壳,试验获得不同温度下载荷比R=0.3和不同波形下载荷比R=0.03时的保载疲劳裂纹扩展速率。基于已有的钛合金保载疲劳裂纹扩展预报模型,对不同温度和不同波形下的保载疲劳裂纹扩展速率进行了预报。结果表明,本文所选择的预报模型可用于新型钛合金的保载疲劳裂纹扩展行为的预报,能够准确预报不同温度下保载疲劳裂纹扩展速率,修正后也能准确预报不同波形下的静疲劳裂纹扩展速率。

保载时间对P92钢蠕变-疲劳交互行为的影响

为研究保载时间对蠕变-疲劳寿命和应力-应变响应的影响规律,对P92钢在650℃下进行了应变幅为±0.5%,保载时间为36,600,3600s的蠕变-疲劳试验,采用Chaboche塑性本构模型和应变强化蠕变模型进行有限元模拟,并对P92钢断裂试样进行透射电镜检测。试验结果表明:保载时间增长导致拉压屈服极限降低,最大拉应力降低,非弹性应变范围减小,蠕变-疲劳寿命降低。模拟结果显示,模拟值与试验值的最大拉应力、保载期间应力松弛量基本一致。检测结果发现,在蠕变-疲劳试验中,随着保载时间增长,蠕变空腔慢慢生成、长大,保载时间增长引入的蠕变损伤会加速疲劳裂纹扩张,蠕变-疲劳断裂机制由疲劳损伤主导逐渐变为蠕变损伤主导。最终提出了不同保载时间下最大拉应力随循环次数变化的拟合式,结合WANG等模型引入的逐周次概念,得到一种改进的蠕变-疲劳寿命模型,运用此模型能很方便地实现对P92钢进行不同保载时间下的蠕变-疲劳寿命预测。