喷丸强化对异物致损车轴钢疲劳性能的影响

高速铁路车轴长期服役中形成各种损伤,严重破坏了结构完整性。为此,首先采用喷丸处理(SP)对车轴钢试样进行强化,运用空气炮装置预制异物损伤(FOD),基于X射线衍射和纳米压痕仪得到喷丸强化试样表层的残余应力和微观硬度分布,开展高周疲劳试验分别获得未强化光滑试样(UnSPed+UnFODed)、强化处理的光滑试样(SPed+UnFODed)、未强化处理的FODed试样(UnSPed+FODed)和强化处理的FODed试样(SPed+FODed)的疲劳S-N曲线,同时考虑疲劳寿命数据的分散性,引入C95R95的概率评估方法得到上述各类试样的疲劳P-S-N曲线。最后,建立了伤损车轴材料的修正Kitagawa-Takahashi图。研究发现,异物损伤过程将会显著降低车轴钢试样的疲劳强度和寿命,然而由于残余压应力和硬化层的存在,喷丸强化能够有效提高受到FOD冲击试样的抗疲劳性能,具有重要的工程应用价值。

长期热暴露对含钨铌γ-TiAl合金疲劳及表面损伤容限的影响

选取热暴露（700℃,10000 h）前、后的Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B（摩尔分数,%）（5-1-1合金）,对其表面引入不同深度的缺口（0-800μm）,研究热暴露对该材料的疲劳性能及缺口损伤容限的影响,以Kitagawa-Takahashi线图的形式对热暴露引起的疲劳强化、长裂纹扩展门槛值以及合金在热暴露影响下对表面损伤的容忍限度进行定量分析。结果表明：热暴露导致的回火稳态良性效应大于合金显微组织出现脆化的有害效应,使得热暴露后无缺口样品出现疲劳强度提高,而α_2层片分解和组织细化能适当提高疲劳长裂纹扩展门槛值。当在热暴露后引入缺口而无回火效应时,长期热暴露导致的组织脆化成为控制性因素,材料的缺口敏感性增加,表现为出现短缺口效应的尺寸范围在热暴露后明显增大。

热暴露对γ-TiAl合金表面缺陷损伤容限的影响

研究了热暴露(700℃,10 000 h)对高强度全片层γ-Ti Al合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B表面缺陷损伤容限的影响,采用扫描电子显微镜研究了热暴露导致γ-Ti Al合金的显微组织变化,并将之与在交变载荷下的表面短裂纹行为和长裂纹扩展行为联系起来.研究发现,在热暴露后,该合金的疲劳强度提高,且长疲劳裂纹启裂门槛值改善,但热暴露导致该合金短裂纹效应的尺寸范围明显增大.采用Kitagawa-Takahashi线图的形式总结和分析了实验结果,分析了热暴露引起的疲劳强化、疲劳失效的非安全短裂纹的尺寸变化以及长裂纹的启裂门槛值的变化,定量确定了热暴露对表面缺陷的损伤容限.长期热暴露所导致的材料内部应力释放、偏聚缓解、缺陷钝化显著影响裂纹尖端的应力状态,更有利于增大长裂纹的启裂抗力并减缓长裂纹的扩展速率.

热暴露对近片层γ-TiAl合金在交变载荷下表面损伤容限的影响研究

研究了高强度的近片层γ-Ti Al合金Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B长期热暴露(700℃,10000 h)前后的显微组织变化,并研究了表面缺陷对高周疲劳性能的影响。对长裂纹的疲劳起裂门槛值,引起疲劳失效的非安全尺寸的短裂纹范围进行分析,确定了该合金在热暴露下的表面缺陷的容忍限度。结果表明:热暴露能提升该合金光滑样品的疲劳强度,增加其对表面缺陷的敏感度。

锂离子电池用微米厚度超薄集流体Cu箔和Al箔疲劳强度及损伤行为

随着高性能、高能量密度锂离子电池的飞速发展,锂离子电池用集流体金属箔轻薄化已成为行业技术升级的一个重要方向,随着集流体厚度的减小,其疲劳失效问题变得日益突出。本工作通过拉-拉疲劳实验和EBSD技术研究了循环载荷作用下锂离子电池用集流体Cu箔和Al箔的高周疲劳强度及失效行为。结果表明,Cu箔疲劳裂纹主要萌生于较大晶粒内部的滑移带处,并沿滑移带扩展。基于对损伤晶粒微观结构的观察和统计分析,获得了Cu箔疲劳裂纹萌生和材料微观结构(晶粒尺寸及其变异系数、晶粒取向、Schmid因子(Ω))的统计关系图。Al箔由于表面含有轧制缺陷,其疲劳裂纹优先在表面加工缺陷处萌生。通过极值统计法成功预测了Al箔样品中可能的缺陷分布以及存在的最大缺陷尺寸,并基于Kitagawa-Takahashi图建立了缺陷尺寸与疲劳极限之间的关系。

中高强度铝合金熔化焊接接头的缺陷容限评价方法

应用电子背散射衍射及高精度同步辐射X射线三维原位成像技术,结合高周疲劳试验与裂纹扩展速率试验,揭示了激光复合焊接的中高强度铝合金的微结构特征(如组织、缺陷等)对疲劳性能的影响。结果发现,激光复合焊接过程显著改变了铝合金接头各区的组织特征;焊缝中存在着大量气孔缺陷;接头的拉伸和疲劳性能均低于母材,软化严重;根据缺陷的极值统计与修正的Murakami公式,获得了接头的理论疲劳极限。绘制出熔焊接头Kitagawa-Takahashi图,通过高周疲劳极限值推证得到铝合金7020和7050激光复合焊接头的缺陷容限值分别为185μm和311μm。