高速列车锻钢制动盘热疲劳裂纹耦合扩展特性研究

据制动盘裂纹剖面的宏观形貌,发现盘面长裂纹的形成以多条半椭圆表面裂纹连通为主。针对制动盘在运行过程中的典型运用工况,采用有限元法计算制动盘在300 km/h紧急制动后的热应力,发现周向残余应力较大,并以此推测周向残余应力是驱动制动盘热疲劳裂纹扩展的主要原因。在此基础上,建立制动盘盘面的裂纹网格,研究了裂纹扩展过程中的应力强度因子和多裂纹耦合扩展规律。通过研究发现对于给定的载荷条件,不同初始形状比时,裂纹前缘应力强度因子的分布规律存在一定的规律性,随着裂纹的扩展,裂纹形状趋于扁平化;多裂纹扩展时,裂纹间距越小,裂纹间的相互作用越明显,扩展速度越快;但受制动盘结构和尺寸限制,共线裂纹数越多,每条裂纹扩展到临界值时的应力强度因子越小。

60CrMnMo钢热疲劳裂纹生成与长大及稀土的作用

采用金相和扫描电镜等手段对６０ＣｒＭｎＭｏ钢热疲劳裂纹的萌生和长大规律进行了分析，并考查了稀土在钢中的作用。结果表明：热疲劳裂纹萌生于钢中夹杂物处；热疲劳裂纹的生长，不仅是裂纹自身发展的结果，更主要的是裂纹的相互联接。钢中加入稀土后，可以变质钢中夹杂物。

脉冲放电截止热疲劳裂纹的亚临界扩展

对３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ模具热疲劳裂纹进行脉冲放电，裂纹尖端熔化形成焊点，使裂尖钝化，阻止了热疲劳裂纹的亚临界扩展。脉冲放电能使裂尖处的组织和性能发生有利的变化，显著地 提高裂尖处裂纹萌生所需的能量和扩展功，截止了亚临界裂纹的继续扩展。

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。

碳化钨钢结硬质合金热疲劳裂纹形成机理研究

对含有 35 %WC的钢结硬质合金在热应力作用下热疲劳裂纹形成过程进行了反复观察。结果表明 :此过程存在明显的裂纹萌生孕育期 :首先在缺口边缘上出现凹坑 ;随着热循环次数的增加 ,凹坑数目增多且尺寸变大。第一条热裂纹在最早出现的凹坑底部形成。与此同时 ,在缺口前沿区 ,原有的及后生的微孔也随热循环次数的增加而增多且变大 ;最终 。

3Cr2W8V热疲劳裂纹的止裂与修复

运用电磁效应理论最新研究成果,采用脉冲放电方法,对3Cr2W8V热挤压凸模的热疲劳裂纹实施了止裂试验。止裂后的裂纹尖端变得十分圆整。达到了钝化止裂的目的。显微组织分析证明:止裂处出现了强韧性极高的超细化组织,改善了裂尖处的机械性能。止裂也为热疲劳裂缝刷镀修复创造了理想的先决条件。

60CrMnMo钢热疲劳裂纹形成及扩展机制的研究

本文借助高频感应加热；金相和电镜（热疲劳试样表面上限温度在７２３～８７３Ｋ，疲劳次数在１０００次内），研究了６０ＣｒＭｎＭｏ钢热疲劳裂纹的形成和扩展过程，结果表明：主裂纹在挤入沟处萌生，并使其前沿产生结构疏松；裂纹扩展分为，裂纹与空孔或空孔与空孔正断连结的快速不稳定扩展和裂纹沿亚晶界蠕动切断的慢速稳定扩展的两个阶段；并提出了裂纹扩展的数学模型。

Co-P合金镀层热疲劳裂纹萌生扩展的研究

对钢结硬质合金表面进行Co-P合金化学镀,对镀层进行25～680℃的热疲劳试验,研究了热疲劳裂纹在镀层的萌生与扩展特征。结果表明:热裂纹的出现包括孕育期、萌生期与扩展期;热裂纹优先在镀层表面应力最集中的区域萌生;在热裂纹萌生和扩展的同时伴随着氧化腐蚀,氧化腐蚀缩短裂纹的孕育期,促进裂纹的萌生。

两平行热疲劳裂纹的应力强度因子计算方法

针对直接计算热疲劳裂纹网中裂纹的应力强度因子有困难的问题,提出用有限元方法计算了若干组(每组两条)平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子,研究裂纹间屏蔽效应的规律.定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关.给出了n-s-f的关系曲线,据此可根据单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子.算例表明,该方法是正确的、有效的.

热变形对中铬半钢热疲劳裂纹扩展动力学的影响

研究了热变形对中铬半钢热疲劳裂纹扩展动力学的影响。结果表明 :中铬半钢的热疲劳裂纹扩展符合 L =b Na(a<1)的关系。变形量小于 4 0 %时 ,随变形量的增加 ,裂纹扩展速率减小 ,其激活能随之增大。这些变化是由于碳化物形状的改变和粒状碳化物的析出所致。

余热排出系统管道热疲劳裂纹萌生方向的理论和数值研究

在压水堆核电站余热排出系统冷热水混合区管道发现了由热疲劳导致的不同方向的浅裂纹群,疲劳裂纹的萌生方向可根据临界面方向进行预测。本文对临界面方向进行了理论推导,得出了双轴疲劳载荷作用下临界面方向的解析解。基于C++语言开发了临界面方向的分析程序,同时采用C++开发的分析程序和有限元软件Code_Aster计算了临界面方向,并将计算结果与理论解析解进行了对比验证。临界面方向分析结果与余热排出系统管道中发现的热疲劳裂纹方向吻合。研究表明,余热排出系统管道焊接残余应力对热疲劳裂纹萌生方向具有决定性的作用。

WC颗粒增强钢基复合材料的热疲劳裂纹萌生机理研究

以复合电冶熔铸技术制备的WC颗粒增强钢基复合材料为研究对象,通过热疲劳试验,研究热裂纹萌生的起因、位置和过程,并分析了热疲劳裂纹萌生的机理。结果表明：受热应力的影响,萌生裂纹需要一定的孕育期,5-10次循环后,裂纹就会萌生在缺口根部倒角圆弧与两边的切点处。增强颗粒与钢基体的热疲劳抗力间的差异,导致了裂纹萌生的间断性和不连续性,且裂纹萌生与氧化腐蚀二者互为促进、交替进行。热应力造成位错大量聚集在增强颗粒/钢基体的交界处,微孔连通就在界面处产生小裂纹,继而发展为大裂纹,由此造成增强颗粒从钢基体上脱落,最终引发断裂。

GJW50钢结硬质合金热疲劳裂纹扩展的研究

在自约束型热疲劳试验机上对GJW5 0钢结硬质合金进行了热循环试验 ,用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力的作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态。结果表明 :在合金中的两大相———硬质相和钢基体相 ,热疲劳裂纹优先在硬质相区中扩展 ;扩展的方式受硬质相粒子的尺寸及分布状态所控制。小颗粒的WC粒子聚集区及该区与钢基体区的交界面是热疲劳裂纹的主要扩展地 ;大尺寸的WC粒子的“自身裂纹”是热疲劳裂纹的必经之处。由于钢基体相阻碍热疲劳裂纹的扩展 ,导致裂纹呈非连续性扩展 ;热疲劳裂纹是以“搭桥”形式穿过钢基体相 ;扩展路径的形态呈“折线”和“梯形”形态。

高速热模锻模具热疲劳裂纹萌生期预测

在考虑高速热模锻凹模的材料性能和工况条件基础上 ,由Coffin Mansion公式导出了热疲劳裂纹萌生期预测公式 ,并采用这一公式对高速热模锻凹模进行了热疲劳裂纹萌生期的预测。通过试验发现预测结果与试验结果基本吻合。

稀土变质及热处理对低铬耐磨铸铁热疲劳裂纹形成的影响

研究了稀土变质及热处理对低铬耐磨铸铁热疲劳裂纹形成的影响。结果表明:低铬耐磨铸铁热疲劳裂纹主要萌生于共晶碳化物处,裂纹以自身发展和彼此连接、汇合方式长大,稀土元素能改善共晶碳化物的形状,抑制热疲劳裂纹的萌生与扩展,与热处理共同作用效果更明显。

热疲劳裂纹扩展的数值模拟

本文根据热疲劳损伤力学和有限元技术,研究了复杂温度环境下的热疲劳损伤现象,建立了复杂热力学边界条件下的热应力分析模型,研究了多变量耦合作用下的温度场、热应力场等的分布规律及高温交变热冲击条件热疲劳裂纹的扩展特性,并进行了实验验证,对于类似条件下工作设备的热损伤问题具有重要指导意义。

两平行热疲劳裂纹的屏蔽效应

受热疲劳损伤的构件表面易产生热疲劳裂纹网。裂纹网中主裂纹的应力强度因子可反映构件的损伤程度,然而由于裂纹间的屏蔽效应,直接计算裂纹网中主裂纹的应力强度因子是困难的。用有限元方法,计算了若干组平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子。定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关。给出了n-s-f的关系曲线,根据此曲线可按单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子。

4Cr_2NiMoV热作模具钢热疲劳裂纹扩展的研究

研究了４Ｃｒ２ＮｉＭｏＶ热作模具钢热疲劳裂纹的扩展特性．试验结果表明４Ｃｒ２ＮｉＭｏＶ钢热疲劳裂纹属沿晶型的，裂纹扩展是主裂纹与裂纹前端显微裂纹不断合并的结果．随着热循环次数的增加，裂纹扩展速率遵循快一慢一快的规律．９１０℃淬火、５８０℃回火的试样与９６０℃淬火、６１０℃、回火的试样相比，９１０℃淬火、５８０℃回火的试样具有较高的热疲劳裂纹扩展的抗力．

铸铁缸盖热疲劳裂纹扩展速度估算

以S195柴油机铸铁缸盖作为研究对象 ,运用概率断裂力学理论 ,以铸铁缸盖加速热疲劳安全使用寿命为依据 ,通过缸盖的材料物理性能参数来计算其热疲劳裂纹扩展速度 。

电站锅炉喷水减温器的检验与热疲劳裂纹

介绍了喷水减温器的工作原理和优缺点及结构形式,用实例对3台电站锅炉喷水减温器的定期检验及检验中发现的热疲劳问题进行了分析,说明了热疲劳是喷水减温器破坏的主要形式之一,强调了喷水减温器定期检验的重要性。