基于薄片漏斗试样的N06230合金高温低周疲劳性能研究

设计了薄片漏斗试样和配套弧形薄片夹具,对国产和进口N06230合金管薄片漏斗试样进行650℃高温低周疲劳试验,基于试验数据和能量密度等效方法建立循环应力幅-应变幅关系参数模型,利用有限元方法获得模型常数,并验证模型的准确性;利用该模型获得2种合金管的循环应力幅-应变幅曲线和应变幅-寿命曲线以及Manson-Coffin律参数,并对2种合金管的疲劳性能进行对比。结果表明:根据薄片漏斗试样高温低周疲劳试验数据和确定循环应力幅-应变幅关系参数模型常数,获得的应力幅-应变幅曲线与有限元分析预设的曲线相吻合,拟合优度均高于0.98,说明该模型对于预测材料循环应力幅-应变幅关系具有普适性和精确性;国产N06230合金管的循环应力幅-应变幅曲线及疲劳性能与进口合金管相近。

铸造镍基高温合金M963的高温低周疲劳行为

对铸造镍基高温合金M963在900℃下的低周疲劳行为进行了研究,实验采取轴向总应变控制,应变速率分别为4×10^(-3)s^(-1)和1×10^(-4)s^(-1)．结果表明:在相同的总应变幅下,合金在低应变速率下具有较低的寿命,这归因于与时间相关的机制如氧化的损伤作用．疲劳断面以及纵向剖面的SEM分析表明,疲劳裂纹通常萌生于试样表面或亚表面的碳化物或铸造缺陷处．而当应变速率较低时,某些裂纹会在试样表面的枝晶间区域萌生．两种应变速率下疲劳裂纹开裂均呈穿晶形式．

M38镍基高温合金高温低周疲劳性能及断裂机制

对铸造镍基高温合金M38在900℃下的低周疲劳行为进行了研究.采取轴向总应变控制,应变比为-1,应变速率为1×10^(-2) s^(-1).实验结果表明:M38在900℃下具有与IN738LC接近的疲劳性能.在高应变幅时,疲劳裂纹主要萌生在表面碳化物等应力集中处;在低应变幅时,氧化对裂纹的萌生起重要作用,疲劳裂纹主要萌生于与试样表面相连的易氧化的富Cr晶界处和富Ti的碳化物处,在所有应变幅下,疲劳裂纹均沿垂直应力轴的方向穿晶扩展.

铸造Ni基高温合金K417的高温低周疲劳行为

研究了铸造Ｎｉ基高温合金Ｋ４１７在６５０—９００℃温度范围内总应变控制条件下的低周疲劳性能和断裂行为．对应变－寿命数据和循环应力－应变数据进行了分析，进而给出了Ｋ４１７合金在不同实验温度下的应变疲劳参数．合金在循环形变过程中可表现为循环硬化、循环软化或循环稳定，而具体呈现何种循环应力响应行为则主要取决于实验温度和外加总应变幅．疲劳试样断日表面的扫描电子显微分析结果表明，疲劳裂纹通常萌生于铸造缺陷处。

K40S钴基高温合金的高温低周疲劳行为 Ⅰ.疲劳性能

研究了K40S钴基高温合金在700℃和900℃温度条件下由应变控制的高温低周疲劳行为.对循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析,进而给出了K40S合金在此温度范围的疲劳参数.结果表明:与传统X-40合金相比,K40S合金具有优异的抗高温低周疲劳性能;合金的应力-应变响应行为在700℃时,呈现为循环强化,而在900℃时,为初期强化随后软化,且随着总应变幅的增加,强化效果均增强.上述行为归因于循环形变过程中位错-位错;位错-析出相及固溶原子间的相互作用.

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳性能

对国产GH4169镍基高温合金进行了总应变控制的高温低周疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了断口形貌。结果表明:试验合金具有较好的高温低周疲劳性能,与进口Inconel 718镍基合金的相近,但在较低的总应变范围下比Inconel 718合金的疲劳寿命要低;该合金在不同总应变范围下都表现出明显的循环软化行为;合金试样的疲劳断口呈多裂纹源性,疲劳源数量随总应变范围的降低和疲劳寿命的延长而减少;疲劳裂纹都萌生于表面,穿晶扩展到一定径向深度时,会出现沿晶扩展特征。

K40S钴基高温合金的高温低周疲劳行为 Ⅱ.疲劳断口分析

研究了K40S钴基高温合金在700℃和900℃温度条件下由应变控制的高温低周疲劳行为,对疲劳断口形貌进行观察,结果表明:在高温低周疲劳加载条件下,K40S合金疲劳裂纹萌生机制为表面滑移带开裂与表面碳化物相界面开裂的综合作用;疲劳裂纹萌生与扩展方式为穿晶型,瞬断区呈现枝晶断裂特征;碳化物可作为障碍,阻碍疲劳裂纹的扩展,且为主要的二次裂纹策源地;K40S合金高温低周疲劳断裂为机械疲劳与高温环境氧化共同作用的结果.

FGH96镍基高温合金的高温低周疲劳断裂机理研究

研究了FGH96镍基高温合金在550,720℃条件下应变控制的高温低周疲劳断裂机理。结合断口宏微观观察和位错组织结构观察,探讨了FGH96合金疲劳行为的微观机理,并建立了扩展区面积和疲劳寿命的定量关系,结果表明:FGH96合金的断裂特征以穿晶解理为主;合金在较高温度下具有较低的疲劳寿命是与氧化损伤和合金的塑性变形密切相关;应变幅较小时(<0.6%左右),温度对合金的疲劳寿命起主导作用,氧化损伤效应明显;位错密度在较高的应变幅下比在较低的应变幅下高得多,较高应变幅下,位错发生了交滑移甚至是攀移运动;合金的疲劳断口扩展区面积与疲劳寿命存在线性对数关系。

基于分形理论的复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹行为研究

含有裂纹的固体从物理角度看实际上是一个非线性耗散系统,可以用分形理论加以描述。疲劳短裂纹的扩展路径可视为分形曲线,裂纹扩展路径的不规则性可用分形维数加以描述。裂纹扩展的分形维数中隐含着诸多的物理因素,如材料微观组织结构、加载条件等。以复杂应力状态下高温低周疲劳表面短裂纹为研究对象,对20钢进行高温低周疲劳试验,观测试样表面疲劳短裂纹的萌生扩展及合体的演化过程,对试验结果进行分形分析,得到裂纹分形维数随循环过程的演化特征:疲劳短裂纹的萌生扩展行为具有分形特征,分形维数随着疲劳进程的发展而稳定地成比例增加;分形维数不产生缺口依存性,可适用于各种不同应力比的复杂应力状态短裂纹的表征;分形维数可作为把握材料总体损伤状态的参数,为材料短裂纹阶段的寿命预测提供依据。

φ14×2.0Ti-Al-Zr钛合金管材的高温低周疲劳性能研究

采取径向应变控制法,用MTS对φ14×2.0的Ti-Al-Zr钛合金管材在350℃下进行了不同应变量的高温低周疲劳性能试验。将试验数据按Coffin-Manson公式拟合成疲劳曲线方程,并对%0.1=Dte和1.5%下的试验数据按双参数Weibull分布函数进行了统计处理。对各样品的高温低周疲劳断口作了SEM分析和断口附近的组织进行了金相分析后得出了该种钛合金管材的高温低周疲劳机理。

含碳量对Cr_(15)-Ni_(25)合金高温低周疲劳性能的影响

本文对含碳0.009、0.099、0.16Wt％的Cr15-Ni25合金高温低周疲劳性能进行了研究,疲劳波形为保持1min单向拉一拉疲劳。实验结果表明,材料的高温低周疲劳性能不仅与含碳量有关,而且同碳化物分布状态有关,材料的高温低周疲劳性能受晶界强度和晶内强度两部分控制,只有二者强度同时提高,才能提高材料的高温抗疲劳性能。

P92钢630°C下的高温低周疲劳行为分析

P92钢作为新一代耐热钢,其服役温度正随着超超临界机组的不断推广而逐渐提高,而高温疲劳性能对保证电厂的安全运行具有重大作用.文中通过P92钢630℃下的疲劳试验,研究了其在不同应变幅和应变速率下的疲劳寿命以及应力—应变关系,并结合断口形貌分析了P92钢的断裂机理.结果表明,P92钢属于高温循环软化材料,其疲劳寿命随塑性应变幅的增大而呈指数下降,同时应变速率的增大会导致其疲劳寿命的增大.P92钢疲劳断口分为疲劳源区、裂纹扩展区以及断裂区.高应变幅下蠕变孔洞和二次裂纹的增加是导致其疲劳寿命降低的主要原因.

定向凝固合金DZ17G的高温低周疲劳性能研究

研究了定向凝固镍基高温合金DZ17G在800℃下的低周疲劳性能，得到其循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线，并用最小二乘法回归得到Manson-Coffin方程的数学表达式；对疲劳断口进行了宏观及微观分析，发现裂纹主要在试样内部及近表面缺陷处萌生，裂纹一旦形成即穿晶扩展，且扩展方向垂直于加载轴．

管材高温低周疲劳实验方法及数据处理

采用径向应变控制法 ,在MTS880 /810试验机上用d 13mm× 1.5mm的单相α Ti合金管材 ,在 (35 0±1)℃下进行了 5个不同应变量的高温低周疲劳 (HTLCF)实验 ;记录了各自的循环应力—应变滞后环 ,得出了试样的循环响应特征和各试样的高温低周疲劳寿命。对实验数据按Coffin Manson公式拟合出疲劳曲线方程 ,从而绘出了该试材的Δεt— 2Nf 倍寿命关系曲线。考虑到低周疲劳数据的离散性 ,对其中的Δεt=1.0 %和Δεt=1.5 %两个应变量的各 6个试验数据按双参数Weibull分布进行了统计分析。

复杂应力状态2.25Cr-1Mo钢的高温低周疲劳裂纹扩展规律

用带预裂纹的缺口试件研究2.25Cr-1Mo钢高温低周疲劳裂纹扩展规律,通过疲劳试验观察裂纹扩展寿命,应用ANSYS计算裂纹尖端应力应变分量和当量弹、塑性应变范围,利用当量J积分范围表征2.25Cr-1Mo钢在复杂应力状态下的低周疲劳裂纹扩展速率。结果表明:疲劳裂纹扩展速率da/dN与当量J积分范围ΔJf的关系不受试件缺口型式和加载应变范围的影响,用当量J积分来评价2.25Cr-1Mo钢的高温低周疲劳裂纹扩展规律是有效的。

应用当量应变法预测多维高温低周疲劳寿命

采用铝合金材料三维缺口试件进行 3 0 0℃下高温低周疲劳断裂试验 ,借助ADINA程序计算试件缺口周围的三维应力和应变场 ,根据vonMises当量理论对疲劳寿命进行预测。预测结果表明 ,当量应变范围与疲劳断裂寿命的数学关系不受试件缺口型式的影响 。

表面再结晶对DZ4合金高温低周疲劳性能的影响

对DZ4合金表面再结晶对其高温低周疲劳性能的影响进行了研究。预先对DZ4合金圆棒试样进行扭转变形后进行1220℃/4h的热处理,以在合金试样表面获得再结晶层。对表面有再结晶层的试样在760℃下进行低周疲劳试验,并与表面未发生再结晶的试样进行对比,以研究表面再结晶层对试样性能的影响。试验结果表明,表面发生了再结晶层的DZ4合金的低周疲劳性能与表面无再结晶层的试样相比大大减小,并且表面再结晶层厚度越大,其低周疲劳性能越低。分析认为主要是由于再结晶层本身的强度极低、再结晶层与基体的变形不协调使裂纹首先在结晶区萌生,形成了缺口效应,从而导致了试样低周疲劳性能的下降。

Cu-3Ag-0.5Zr合金的高温低周疲劳性能研究

研究了Cu-3%Ag-0.5%Zr合金在800K条件下的高温低周疲劳性能。对循环应力响应行为及循环应力-应变行为进行了分析,给出了Cu Ag Zr合金的疲劳参数,并根据试验数据拟合出了疲劳寿命曲线和方程。结果表明,Cu Ag Zr合金的位错密度较低,循环应力响应行为表现出循环软化特征,合金低周疲劳曲线方程为Δεt/2=0.003(2Nf)-0.1104+0.14(2Nf)-0.7792,合金具有较低的弹性应变幅和较低的过渡疲劳寿命,塑性对疲劳寿命起决定性作用。疲劳裂纹起源于试样表面,且存在有多个裂纹源,有大量微小孔洞存在,孔洞连接萌生裂纹,合金高温断裂方式为穿晶韧性断裂。

高温低周疲劳寿命评价准则的探讨

通过对 4种不同缺口形式的 2 .2 5Cr1Mo钢材料圆柱形试件的高温低周疲劳行为的研究 ,用当量应变范围准则、当量塑性应变能准则和当量总应变能准则评价多维应力状态下的高温低周疲劳寿命。可见 :用当量准则评价高温低周疲劳寿命是有实验和理论依据的 。

磷对GH984G高温低周疲劳性能的影响

在部分镍基高温合金中加入适量磷可以有效提升材料的高温持久蠕变性能,本文对四种磷含量的镍基高温合金GH984G进行了高温低周疲劳试验。结果表明:随着磷含量增加,GH984G高温低周疲劳寿命呈现先升高再降低的趋势。适量磷使合金晶内硬度增大,晶界处大块MC碳化物变少,变形孪晶数量增加,疲劳源数量减少,材料循环软化程度下降,裂纹扩展受阻,进而提升疲劳寿命。过量磷的加入使GH984G合金的晶粒尺寸变大,二次裂纹数量增多,不利于疲劳寿命。