预扭转对挤压AZ31镁合金超高周疲劳性能的影响

目的研究各向异性和预扭转处理对挤压AZ31镁合金组织演变和超高周疲劳性能的影响规律,探索不同角度预扭转处理下AZ31镁合金的超高周疲劳断裂机制。方法设计狗骨形和三喉部试件,沿挤压方向(ED)和径向方向(RD)对狗骨形试件进行超声疲劳实验,对两方向三喉部试样的主喉部进行预扭转,并对预扭转后的三喉部试件进行超声疲劳实验,采用金相显微镜和扫描电镜(SEM)对疲劳实验后的试件进行显微组织观察,通过分析不同状态下的疲劳断口形貌,探索合金的超高周疲劳机制。结果狗骨形试件沿ED和RD方向单轴超声疲劳的S-N曲线为连续下降的直线,两直线接近平行,其疲劳寿命减小的趋势一致。当试件加载相同应力幅值时,ED-AF试件疲劳寿命高于RD-AF试件。与初始样相比,预扭转后沿ED方向试样的疲劳寿命大于3.6256×10^(5)周次,疲劳寿命提高2倍以上;沿RD方向试样疲劳寿命大于5.1285×10^(5)周次,疲劳寿命提高10倍以上。结论ED-AF试件初始疲劳变形机制为位错滑移-孪生,随着循环周次累积后转为孪生-退孪生循环;RD-AF试件疲劳变形机制为孪生-退孪生循环。挤压形成的流线型微观结构降低了疲劳裂纹扩展的速率,增加了裂纹的阈值水平,造成两方向的S-N曲线不同。预扭转变形引入的{1012}拉伸孪晶改变了超高周疲劳加载过程中的疲劳机制,延长了退孪生过程,抑制了试样沿c轴方向拉伸时的位错滑移;使ED和RD方向上的疲劳性能均得到改善。

基于振动台的超高周振动疲劳试验方法研究

针对航空发动机压气机、涡轮叶片部件在服役时面临的超高周疲劳问题,基于振动台的工作特性,利用有限元软件设计了一种可实现1500Hz以上的振动疲劳试样,建立了一套可模拟叶片结构振动的高频振动疲劳试验系统,并完成振动疲劳试验。结果表明,振动台超高周振动疲劳试验结果与已开展的旋转弯曲疲劳试验结果趋势基本一致,该试验方法具有较好的可靠性,可作为金属材料超高周疲劳性能验证的手段之一。

面向超高周疲劳应用的压缩机气阀的可靠性研究

在超高周疲劳应用场景下,提升气阀的可靠性对实现压缩机的变频化与小型化起着关键作用。基于气阀超高周冲击疲劳试验机,测试了由三种阀板与三种阀片装配成的不同气阀的冲击疲劳寿命。通过观察试验现象和结果分析证明,提升阀板与阀片的加工质量、改善阀板与阀片的性能契合度以及优化阀片材料的微观组织,是提升气阀超高周冲击疲劳寿命的有效途径。这为气阀的生产加工、结构设计以及材料选择提供了重要参考。

基于机器学习的TC17合金超高周疲劳寿命预测

航空发动机压气机叶片材料TC17超高周疲劳试验周期长、成本高,且疲劳寿命数据分散度大,导致其疲劳寿命预测较难,预测模型精度不高。机器学习(ML)具有强大的数据处理能力,采用了蒙特卡罗模拟(MCS)对TC17超高周疲劳寿命数据进行了有效的扩展和增强,提出了一种具有动态记忆建模能力的机器学习网络模型,可检验MCS的有效性和提高超高周疲劳寿命数据预测的准确性。研究结果表明,应力比R=0.1工况下经MCS数据增强作用后的网络模型预测精度最大可提高约63.05%,预测结果均在5.0倍分散带以内。

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能.结果表明,超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高,中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比.SEM断口观察表明,绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物.随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅△K_(inc)的减小,疲劳寿命N_f增加;而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅△K_(GBF)并不随N_f变化而变化,基本为一常数,且粗晶粒试样的△K_(GBF)高于细晶粒试样.这表明,细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.

氢对高强弹簧钢50CrV4超高周疲劳性能的影响

制备了3种不同氢含量的高强弹簧钢50CrV4样品(淬火、回火样品,0.6×10^(-6);真空退火样品,0.2×10^(-6);高温高压热充氢样品,2.5×10^(-6)).SEM观察表明,疲劳断口内部起裂源为小夹杂团簇;疲劳强度测试表明,随氢含量(c)的增加,疲劳强度基本上按σ_0-αexp(c)规律降低,Basquin方程中的Basquin指数随氢含量的增加有明显变化.

热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响

对50钢进行了正火+高温回火、中温回火、高温回火三种不同热处理状态的对称拉压超声疲劳试验,同时用扫描电子显微分析技术和X射线能谱分析方法对50钢的疲劳断口形貌进行显微分析,研究其疲劳断裂行为和疲劳断裂机理。结果表明,50钢存在表面和内部两种裂纹萌生机制;在本试验范围内,热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响较低周和高周为小,随着寿命的增加,影响越来越弱;热处理工艺对50钢不同的疲劳阶段有不同的影响起源于不同的裂纹萌生机制,对常规疲劳性能起改善作用的热处理工艺可能对材料超高周疲劳性能的改善没有太大作用。

金属材料超高周疲劳研究进展

随着机械装备很多关键零部件设计寿命的提高,超高周疲劳研究已经成为工程材料研究领域一个新的热点问题,近几十年来在世界各地得到广泛开展。文中综述国内外金属材料超高周疲劳研究取得的成果,特别是近十年来在金属材料超高周疲劳试验方法、疲劳行为特征、机理和寿命预测等方面的进展,重点讨论超高周疲劳裂纹萌生和扩展的研究中得到的试验结果和形成的理论模型。指出超高周疲劳研究现有理论和计算模型存在的不足,并提出几个值得进一步研究的问题和有价值的研究方法。

高速列车用6065A铝合金超高周疲劳性能试验研究

对圆柱形和板状2种6065A铝合金试件进行20 kHz,106～1010周次的对称拉压超声疲劳试验,并用扫描电镜显微分析技术分析疲劳断口.结果表明：这2种形状的6065A铝合金试件的S—N曲线与传统无限寿命型疲劳曲线不同,而是呈现阶梯下降型特征,疲劳寿命大于107周次的试件仍会发生疲劳断裂;试件的疲劳裂纹以剪切方式沿与试件轴向成约45°方向扩展;圆柱形试件S—N曲线的阶梯下降型特征对应着疲劳裂纹的双萌生机制,在疲劳寿命较低的低周、高周阶段,试件表面局部应力或应变集中区成为疲劳裂纹源;在寿命较高的超高周阶段,试件次表面或内部存在的缺陷成为疲劳裂纹萌生有利的位置;板状试件的疲劳性能明显低于圆柱形试件,其疲劳裂纹呈现多源形核特征,且以表面裂纹萌生为主.

挤压态镁合金ZK60的超高周疲劳行为

利用超声疲劳实验研究了挤压态镁合金ZK60的超高周疲劳行为．结果表明，合金的疲劳S—N曲线在5×10^6-10^8cyc范围内存在一平台，而在10^8-10^9cyc范围内，疲劳强度逐渐降低，对应于10^9cyc的疲劳强度为（90±5）MPa．SEM断口观察表明，在5×10^6-10^8cyc范围内，疲劳裂纹基本上萌生于试样表面或亚表面，而在10^8-10^9cyc范围内，疲劳裂纹主要萌生于试样内部的非金属夹杂物．通过测定疲劳源区的尺寸，估算的合金疲劳强度与实验结果基本一致．疲劳源的形成是由微裂纹在多个夹杂物处起裂和合并所引起的．因此，合金的疲劳强度不是由最大夹杂物尺寸决定，而是取决于由多个夹杂物组成的“缺陷区”尺寸．通过测定多个部位的“缺陷区”尺寸，可以有效的估算合金的疲劳强度．

GCr15轴承钢超高周疲劳性能与夹杂物相关性

真空冶炼与电渣重熔2种工艺制备的GCr15轴承钢的超高周疲劳测试结果表明,电渣重熔能更好地控制钢中夹杂尺寸及其分散性,因此具有较好的疲劳性能.实验与理论分析表明,对于一定强度的材料,疲劳萌生处的颗粒亮区(GBF)边界处的应力强度因子范围(ΔK_(GBF))为一恒定值,且随材料的屈服强度增加ΔK_(GBF)逐渐减小。

合金材料超高周疲劳的机理与模型综述

在循环载荷作用下,合金材料发生裂纹萌生、扩展直至断裂的周次在10~7以上的过程被称为超高周疲劳(very-high-cycle fatigue,VHCF).本综述将从30年前超高周疲劳的研究起源讲起,直到近年的最新进展.引言之后的内容包括:超高周疲劳研究的起源,超高周疲劳的主要特征,超高周疲劳裂纹萌生特征区和特征参量,裂纹萌生特征区的形成机理与模型,超高周疲劳性能预测模型.在叙述中,试图回答下列问题:什么是超高周疲劳?为什么要研究超高周疲劳?超高周疲劳的关键科学问题是什么?超高周疲劳的S-N曲线趋势为什么发生变化?超高周疲劳裂纹为什么萌生于材料(试样)内部?裂纹内部萌生的过程和机理是什么?上述问题有的可以给出明确的回答,有的则是现阶段的最新结果,并有待于对问题的继续探索.

超高周疲劳研究现状及展望

超高周疲劳是指疲劳周次达到 10 8及其以上时材料的疲劳行为。与一般认识的疲劳行为不同之处是 ,超高周疲劳发生在传统疲劳极限以下 ,因此研究超高周疲劳行为有助于进一步理解疲劳的本质和疲劳机理。文中综述近几年超高周疲劳研究的进展 ,包括超高周疲劳的典型特征 ,如S—N曲线的特点、断口特征、断面上的鱼眼形貌以及裂纹的起源与扩展特征等 ;分析疲劳机理和相关的模型以及简要探讨影响超高周疲劳的一些因素 ,如加载频率、加载方式、氢的作用等。

中碳高强度弹簧钢NHS1超高周疲劳破坏行为

测试了中碳高强度弹簧钢NHS1的超高周(10~9 cyc)疲劳破坏行为,并利用FESEM对疲劳断口进行了观察.NHS1钢的S-N曲线呈台阶型,在10~9 cyc内疲劳极限消失.疲劳断口分析表明,在高应力幅区,实验钢的疲劳破坏主要起源于基体表面;而在低应力幅长寿命区,疲劳破坏主要起裂于试样内部的夹杂物,形成"鱼眼"型断裂.在夹杂物周围存在一个粗糙的粒状亮区(GBF).GBF区边界的应力场强度因子为3.6 MPa.m^(1/2),与疲劳寿命无关,该值与疲劳裂纹扩展的门槛值相等;"鱼眼"边界的应力场强度因子同样与疲劳寿命无关,约为10.6 MPa.m^(1/2).

合金材料超高周疲劳行为的基本特征和影响因素

合金材料在超高周疲劳下具有与低周和高周疲劳不同的裂纹萌生和扩展行为以及不同的S-N曲线特征.材料的强度、循环加载的频率、所处的环境等都显著影响超高周疲劳的特性.本文综述了合金材料超高周疲劳行为的基本特征和影响因素的研究进展.

超高周疲劳的影响因素及疲劳机理的研究进展

超高周疲劳的研究可以满足某些特殊零部件极高循环周次的要求。综述了近年来超高周疲劳的研究进展,从S-N曲线的特征、断面上的鱼眼形貌以及裂纹的萌生与扩展特征等方面介绍了超高周疲劳的典型特征。分析了影响超高周疲劳的若干因素,如氢的作用、加载频率、应力比和晶粒尺寸等。进而提出了一些今后超高周疲劳的研究方向:超高周疲劳裂纹扩展的微观机理、扩展速率尤其是微观、宏观上的控制参量的研究以及确定鱼眼与ODA区边缘的应力强度因子范围对内部裂纹扩展门槛值的影响作用。

Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳行为

采用超声疲劳实验分别确定了双态和网篮两种组织的Ti-6Al-4V合金的疲劳寿命（S-N）曲线．并用SEM观察疲劳断口．结果表明,两种组织合金的S-N曲线均保持下降趋势,在10^5-10^9 cyc间不出现水平段,不存在传统意义的疲劳极限,断口形貌分析表明,随着应力幅的降低,二者的裂纹萌生位置都发生了由试样表面到内部的转变．与加载频率为25Hz时的疲劳实验结果进行比较后发现,超声疲劳加载条件下,疲劳强度提高,疲劳寿命延长,且频率对网篮组织合金疲劳性能的影响大于对双态组织的影响．

Q235B焊接接头超高周疲劳性能

用超声疲劳试验装置对Q235B母材及焊接接头试件进行超声疲劳试验,研究其在超高周疲劳寿命区间的疲劳性能.加载频率为20 kHz,应力比R=-1.采用国际焊接学会制定的统计方法处理试验数据.试验结果表明,在107～109循环周次内,Q235B母材和焊接接头仍然发生断裂,其S-N曲线都是连续下降的;传统疲劳概念上的疲劳极限并不存在.研究结果表明,使用5×106循环周次下的疲劳数据去设计超高周疲劳寿命的焊接结构是很危险的.

腐蚀对TC17钛合金超高周疲劳性能的影响

针对航空发动机在腐蚀环境下存在的超高周疲劳问题,先对TC17钛合金进行加速腐蚀处理,然后应用超声疲劳试验系统在室温下研究了腐蚀对TC17钛合金超高周疲劳性能的影响,最后观察了疲劳断口形貌。结果表明:在疲劳循环大于107周次时,腐蚀与未腐蚀的试样都会发生疲劳断裂,并不存在明显的疲劳极限;腐蚀后钛合金的疲劳强度略有降低,且随着载荷循环周次的增加,其S-N曲线更接近未腐蚀钛合金的;腐蚀后钛合金的疲劳源位于表面,氧化膜破坏导致的点蚀是疲劳裂纹于表面萌生的主要原因。

高压气相热充氢对SUJ2轴承钢超高周疲劳行为的影响

研究了JIS-SUJ2轴承钢的超高周疲劳行为及高压气相热充氢对疲劳性能的影响。结果表明,高压气相热充氢后疲劳性能明显降低,裂纹源周围"GBF"区的颗粒状特征变浅甚至消失。断口上裂纹源处缺陷尺寸及分布对疲劳寿命没有影响,疲劳寿命随着"GBF"与夹杂物尺寸比的增加而增加。充氢前后裂纹源边缘的应力强度因子范围均近似正比于裂纹尺寸的1/3次方,"GBF"裂纹扩展的门槛值正比于"GBF"尺寸的1/6次方。高压气相热充氢明显提高了氢致附加应力强度因子,估算的"GBF"裂纹尺寸的极限值与实验值能够较好地吻合。