不同应力下7B04铝合金的疲劳断口

采用金相、电镜扫描显微技术对不同应力下铝合金的疲劳断口显微组织进行分析和对比研究,揭示该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。研究结果表明:疲劳裂纹一般在材料表面或近表面处萌生,与表面的距离随加载应力升高而减小,在应力为285MPa时裂纹于距表面约250μm处萌生,而在430MPa时裂纹萌生于材料表面;在裂纹源附近观察不到疲劳辉纹,且加载应力越高,这个区域的面积就越小,而裂纹扩展区的疲劳辉纹间距随应力的增大而增大;裂纹形成后,微裂纹沿着与应力轴呈45°角的最大切应力方向向纵深扩展,然后转向与拉应力轴正交的方向扩展,最后瞬断,且随着应力的增大,断口上疲劳裂纹扩展区的面积减小,瞬断区的面积增大。

航空用高强高韧铝合金疲劳断口特征的研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析对T7451状态7B04铝合金疲劳断口进行了研究,揭示了该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。合金的疲劳断口可明显划分为疲劳裂纹源区、裂纹稳定扩展区及瞬断区三个区域：疲劳裂纹从材料夹杂（大小约为（7～10）μm×（11～14）μm的富铁脆性金属间化合物粒子）处萌生,在样品表面或近表面区域形成后呈放射状扩展;疲劳裂纹扩展区可以观察到疲劳破坏的一些典型特征;瞬断区的断口形貌跟静载断裂相似,形成不平坦的粗糙表面。

高强7050-T7451铝合金厚板的疲劳断口特征

对7050-T7451铝合金厚板进行了疲劳试验,并采用光学显微镜、扫描电镜等观察了不同应力幅值下疲劳试样断口,重点分析厚板试样疲劳裂纹萌生区与扩展区的微观特征。结果表明:其疲劳裂纹主要在材料中富铁脆性化合物夹杂处萌生,其位置一般为材料表面或者近表面区,在240MPa应力幅值下,裂纹源距表面距离约为158.64μm,而在340MPa应力幅值下的距离约为120.10μm;裂纹扩展区域出现了二次裂纹、峭壁等微观特征,且疲劳辉纹的间距随应力幅值的增大而增大。

40Cr钢超高周疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验方法研究40Cr钢在105周次～1010周次范围内的疲劳性能,其载荷频率为20kHz。用扫描电子显微镜分析了疲劳断口形貌特征。结果表明,40Cr钢的S N曲线始终保持下降趋势,且随疲劳循环数的增加,在106周次处并没有传统意义上的水平段;107周次疲劳强度为443MPa,1010周次疲劳强度为235MPa,二者存在明显差别;超声疲劳断口的扫描电子显微分析结果表明,40Cr钢超声疲劳断口显微形貌与常规疲劳载荷下的疲劳断口形貌无明显差异,疲劳裂纹在光滑试样表面或近表面材料缺陷处萌生,扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹。

颗粒间断裂在P/M镍基高温合金低周疲劳断口上的特征

粉末冶金(P/M)合金中由于原始颗粒边界(PPB)的存在,在力学性能试样断口上呈现颗粒间断裂。通过SEM、TEM、AES等手段对采用等离子旋转电极(PREP)制粉+直接热等静压(HIP)成形工艺的一种P/M镍基高温合金低周疲劳(LCF)断口上颗粒间断裂的形貌和类型进行了表征和分析,讨论了PPB的起因及其与疲劳裂纹在颗粒间萌生、扩展断裂机制的关系和颗粒间断裂对疲劳寿命的影响。结果表明:PREP+HIP工艺成形的镍基合金中的PPB由多种综合因素造成;PPB降低了合金的断裂韧性,直接影响颗粒间断裂程度;在LCF断口上,单颗粒成为裂纹源的占颗粒间断裂断口总数的67%,多颗粒裂纹源占17%,其他占16%;颗粒间断裂在LCF断口上的分布表征分为4级;颗粒间断裂越严重,对合金疲劳寿命影响越大。

直接时效GH4169合金疲劳断口分析研究

采用扫描电镜对直接时效(DA)GH4169合金在室温和650℃下的光滑(Kt=1)和缺口(Kt=3、4)旋转弯曲疲劳试样断口进行了研究。研究表明,DAGH4169合金室温旋转弯曲疲劳光滑(Kt=1)试样断口在大应力状态下具有多源疲劳断裂特征,在低应力状态下则具有单源疲劳断裂特征,且疲劳裂纹均起始于表面加工缺陷处。DAGH4169合金室温旋转弯曲疲劳缺口(Kt=3,4)试样均起源于缺口根部的加工缺陷处,在实验载荷下均呈现多源疲劳断裂特征。DAGH4169合金650℃旋转弯曲疲劳光滑(Kt=1)试样断口呈单源疲劳断裂特征,起始于外表面加工缺陷处。DAGH4169合金650℃旋转弯曲疲劳缺口(Kt=3,4)试样均起源于缺口根部加工缺陷处,呈多源疲劳断裂特征。所有观察试样随疲劳载荷的逐渐降低,疲劳源区逐渐平滑,疲劳扩展逐渐充分,瞬断区面积逐渐减小,瞬断区的偏心距离逐渐增大。

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。

AZ91系列压铸镁合金高周疲劳断口形貌分析

AZ91D压铸镁合金中加入富Ce稀土后,组织得到明显细化,压铸过程中产生的气孔变小,分布更加均匀,能够减少疲劳裂纹源的产生。AZ91D合金拉伸断口表现为既有解理台阶又存在细小撕裂棱及韧窝的混合断裂特征,加入1%Ce后,合金断口的韧性断裂特征增加,有利于提高合金的室温力学性能。AZ91D合金疲劳裂纹源萌生于合金内部的气孔和夹杂处,疲劳裂纹沿晶界扩展,加入稀土后,疲劳裂纹扩展区有疲劳辉纹出现,疲劳断裂呈现出准解理和韧窝断裂的混合特征。

FB2转子钢低周疲劳断口分析

采用轴向等幅低循环疲劳试验方法,对用于再热温度620℃的高效超超临界机组转子钢FB2的室温和高温低周疲劳性能进行了试验研究,并用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对疲劳试样的断口以及显微结构进行了分析。结果表明:低周疲劳条件下FB2表现为循环软化,高温下疲劳寿命远远低于室温下的疲劳寿命,循环应变-寿命满足Manson-Coffin关系。疲劳断口扫描分析表明:FB2的疲劳源一般起源于表面或近表面缺陷及BN夹杂,疲劳条带形貌清晰可见;断口上可见完整BN夹杂形貌。疲劳试样透射分析表明:FB2循环软化是由位错密度的降低、马氏体板条的转化、亚晶的形成和粗化造成的。

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(shapefromshading)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1.6031,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。

铝合金钻杆旋转弯曲疲劳断口特征

首先对铝合金钻杆进行了不同应力幅值的旋转弯曲疲劳试验,然后采用扫描电镜观察其断口微观形貌特征。结果表明:在170 MPa低应力下,铝合金钻杆的疲劳断口可分为疲劳源区、裂纹扩展区及瞬断区3个区域,微裂纹在试样次表面相界处萌生,裂纹稳态扩展区面积较大,占60%以上;在290 MPa高应力下,铝合金钻杆的疲劳断口上有多个疲劳源区,微裂纹于试样表面或近表面位置形核,裂纹扩展区面积仅占15%~30%。对于同一试样,随着裂纹的扩展,断口上疲劳滑移台阶变宽,疲劳条带逐渐清晰;对于不同试样,随着应力的提高,裂纹扩展速率增大,疲劳条带间距变宽,更易出现二次疲劳裂纹,断口上裂纹扩展区面积明显减小,相应的疲劳寿命也大幅降低。

TA6V钛合金疲劳断口形貌及断口分析

在进行TA6V钛合金疲劳小裂纹实验的基础上,使用KYKY2800B型扫描电镜(SEM)对TA6V钛合金疲劳断口形貌进行疲劳源区及其裂纹扩展形状、扩展区、瞬断区形貌的观察,分析TA6V钛合金疲劳断口形貌形成的原因,为其结构疲劳安全设计及可靠性分析提供科学依据,为今后TA6V钛合金在我国的使用提供参考。

铝锂合全疲劳断口的分形分析

研究了７０７５铝合金、２０９Ｏ和２０９０＋Ｃｅ铝锂合金的疲劳门槛值、门槛值附近断口的分形维数及其断口形貌间的关系。结果表明，断口分形维数（ＤＦ）和裂纹闭合应力强度因子门槛值（ΔＫＣｌ．ｔｈ）间呈如下关系：ΔＫＣｌ．ｔｈ＝２４．２１ＤＦ－２６．１１，这归因于断口表面粗糙度的变化及其诱发的高的裂纹闭合效应。微量Ｃｅ的加入提高了２０９０铝锂合金的本征疲劳裂纹抗力，但对分形维数并无贡献。

LD钢深冷处理的组织转变及疲劳断口

研究了LD钢经不同工艺处理时的组织转变及疲劳断口。结果证实,在淬火后的深冷处理过程中,马氏体发生分解,并析出有大量的微细碳化物,孪晶马氏体的孪晶线发生弯曲;部分残留奥氏体转变成马氏体;疲劳断裂方式均为穿晶准解理。

疲劳断口分维测量中若干问题的探讨

提出了协同标度因子的概念，研究并指出了目前国际上广泛采用的两种疲劳断口分维测量方法（ＳＩＡ和ＦＰＭ）存在的一些实质性问题．从能量不可逆耗散的角度入手，探讨了与材料疲劳断裂特性有关的断口分维的属性及断口分维和材料断裂特性间本质的物理联系，认为正确的测量对象应当是断口的面分维而不是目前广泛采用的线分维。

螺纹滚压强化疲劳断口的分析

利用（SEM）观察了30CrMnSiNi2A钢经螺纹滚压的疲劳断口与未经螺纹液压的疲劳断口，研究和分析螺纹滚压强化对30CrMnSiNi2A钢制造的零件螺纹部位疲劳寿命的影响．结果表明，该钢滚压后的疲劳极限提高了58.6％，疲劳源减少，疲劳扩展区明显增大，疲劳条带间距变窄．初步探讨了滚压强化的机理．

压铸态AZ91镁合金疲劳断口组织与裂纹扩展机制

研究了AZ91HP镁合金在压铸态(F)、固溶态(T4)和固溶-时效态(T6)的裂纹扩展行为,并探讨了压铸态镁合金疲劳断口组织特征与裂纹扩展机制。结果表明,压铸态AZ91HP疲劳裂纹扩展行为与△k值的大小有关,△k值越小,断口越平滑,反之,断口越粗糙;裂纹扩展过程存在塑性诱发裂纹闭合效应,这一效应使得镁合金裂纹扩展的kop值增加,△keff值减小。疲劳裂纹扩展速率与合金塑性成反比关系,由于AZ91HP的塑性依T6、F、T4状态依次增加,导致裂纹扩展速率按T6、F、T4依次降低。

耐久性分析中疲劳断口 CCD 图象处理技术的研究

针对结构耐久性分析对模拟试件断口（ａ，ｔ）数据判读的迫切需求，利用计算机图象处理技术建立了一套用于疲劳断口数据采集、判读的ＣＣＤ图象处理系统，编制了相应的数据处理应用软件。该系统可实现疲劳断口条纹尺寸测定、区域面积积分、裂纹角度测量等功能。且具有自动化程度高、操作简单、使用方便、准确度高、图象数据可存储、打印输出与重复使用等明显优点。并已成功地应用于某型飞机关键结构的耐久性评定。

基于有限元方法的锆-4合金疲劳断口三维重建

本文根据扫描电镜(SEM)二次电子图像的成像原理,采用基于有限元的SFS(shape from shading)三维重建算法,通过对已有的三维重建算法中的B矩阵修正,提出一种新的模板算子。对单幅锆-4合金低周疲劳断口(SEM)进行三维重建,得到了较好的结果。

武汉长江公路桥镀锌高强钢丝疲劳断口分析

在武汉长江公路桥斜拉索镀锌高强钢丝疲劳性能测试和分析的基础上，通过对疲劳断口的全面研究分析，较精确地推算出材料的平面应变断裂韧性Ｋ＿（１ｃ）。并分析了高强钢丝疲劳破坏的机理，揭示了镀层与基体材料力学性能不匹配以及界面所显示的脆性是导致裂纹萌生的原因。