柔度法测定高温疲劳裂纹扩展速率da/dN的研究

介绍了利用MTS 810.13试验设备开展柔度法测定高温疲劳裂纹扩展速率da/dN的一些尝试,并得到了准确、有效的试验数据.实践证明,该试验方法具有良好的稳定性、较高自动化程度、较好的试验精度等技术优势.

DA4169合金高温疲劳裂纹扩展速率

实验研究了直接时效ＤＡ４１６９合金５５０℃、６５０℃下的疲劳裂纹扩展行为，并进行了带上峰值保持时间的试验。结果表明：连续循环的ｄａ／ｄＮ值基本上与普通４１６９的相当，但在６５０℃下略优；６５０℃带上峰值保时１５ｓ的ｄａ／ｄＮ值比连续循环的大大加速。

孔挤压强化对GH4169孔结构高温疲劳裂纹扩展行为影响研究

为探究孔挤压强化对镍基高温合金GH4169孔结构疲劳裂纹扩展行为的影响规律,针对孔挤压强化后螺栓孔特征模拟件开展残余应力松弛及疲劳裂纹扩展试验。结果表明,经热松弛稳定后,孔边依旧可以保持至少400 MPa的残余压应力水平,且孔壁表面残余应力松弛幅度高于内部;孔挤压强化后疲劳裂纹扩展速率降低一个数量级,随着相对挤压量增加,疲劳裂纹扩展速率降低幅度增大,疲劳裂纹扩展寿命增幅为4~22倍。结合有限元仿真及断口分析,孔挤压强化对疲劳裂纹扩展的影响机制可归结为松弛至稳定后的残余压应力抵消部分外载应力,导致有效应力强度因子范围减小,使得疲劳裂纹扩展速率降低。基于该机制,利用残余应力修正的Walker模型对疲劳裂纹扩展寿命进行预测,误差在1.8倍分散带以内。

30mm厚TC4钛合金电子束焊接头的高周疲劳与裂纹扩展速率

文中对比研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接头和母材的高周疲劳性能,发现接头的高周疲劳性能与母材非常接近。在文中试验条件下,电子束焊接头在循环周次为2×10^(6)时的高周疲劳强度为474 MPa,达到母材的94.2%。观察电子束焊接头和母材的高周疲劳断口形貌,发现接头和母材的疲劳源均位于试样表面。疲劳裂纹扩展区都发现疲劳辉纹,相同载荷条件下,母材高周疲劳断口中辉纹的间距较小,约为1.49μm,电子束焊接头的相邻辉纹间距为2.14μm。在接头和母材的疲劳瞬断裂区还发现大量韧窝,呈现出典型的韧性断裂特征。文中还对比了母材、热影响区和焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,发现热影响区的抗疲劳裂纹扩展性能最弱。分析认为,热影响区的高硬度是导致其抗疲劳裂纹扩展性能弱于其他区域的重要原因。

氢气含量与加载频率对X80钢管接头疲劳裂纹扩展速率的影响

在氮气,体积分数均为2%的H_(2)+CO_(2)以及体积分数分别为5%,2%的H_(2)+CO_(2)环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率(0.1,1.0,10.0 Hz)的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:当加载频率为1.0 Hz时,氢气含量越高,接头母材、热影响区和焊缝裂纹扩展速率越大,且焊缝中的裂纹扩展速率增大程度最大;含氢环境中焊缝的疲劳裂纹扩展速率小于母材和热影响区;当氢气体积分数为5%时,母材和热影响区均发生韧性断裂,但疲劳断口上存在微小的二次裂纹和少量平台状结构等脆性断裂特征,焊缝疲劳断口出现长度近80μm的二次裂纹,但断口形貌仍主要呈韧性断裂特征;氢气体积分数为5%时,随着加载频率增加,母材的疲劳裂纹扩展速率先增大后减小,加载频率为1.0 Hz时的疲劳裂纹扩展速率最大。

低温下HTS-A钢疲劳裂纹扩展速率预报方法研究

针对低温下船用HTS-A钢的疲劳裂纹扩展行为,本文采用25 mm厚HTS-A钢CT试样为研究对象,开展常温及不同低温环境下疲劳裂纹扩展试验。在试验研究的基础上,提出包含温度项的改进McEvily公式的低温疲劳裂纹扩展预报方法。结果表明:随着温度的降低,HTS-A钢的疲劳裂纹扩展速率逐渐降低。在-60℃时,HTS-A钢的低温疲劳裂纹扩展速率没有出现低温脆断,试验结果可为船用HTS-A钢低温疲劳设计提供数据参考。同时,分别采用本文HTS-A钢低温试验数据和文献中的钛合金低温试验数据验证低温疲劳裂纹扩展速率预报方法的合理性及正确性,该方法可用于预报不同低温环境下金属疲劳裂纹扩展速率。

不同驱动参量的金属材料疲劳裂纹扩展速率模型综述

疲劳裂纹扩展速率da/d N是金属材料进行损伤容限设计时用到的一项重要力学性能指标,其获得并不直接依赖于裂纹扩展的驱动参量,这为采用不同驱动参量表征da/d N提供了可能性。本文分别介绍了以裂纹尖端应力强度因子范围△K、能量释放率变化范围△G、J积分变化范围△J、张开位移变化范围△δ、塑性区变化范围△r、裂纹前缘附近应变范围△εT等为疲劳裂纹扩展驱动参量的裂纹扩展速率模型及应用,为研究疲劳裂纹扩展规律时不同驱动参量的选择提供依据。

镍基高温合金高温环境下裂纹扩展速率研究

GH4720Li镍基高温合金作为航空发动机涡轮盘的主要材料,其损伤容限性能对航空发动机起主要作用。本文完成了高温环境下的定K、降K两组裂纹扩展速率试验。试验得到的Pairs公式参数n和C与文献相比吻合度很好,并给出了材料的门槛值;对试样断口分析发现定K试样扩展区和瞬断区均出现剪切断裂特征。

Q345/316L异种焊接接头的疲劳裂纹扩展速率研究

采用钨极惰性气体保护焊焊接Q345和316L钢板,并在接头不同区域处制备紧凑拉伸试样。通过疲劳裂纹扩展试验,采用柔度法原理得到裂纹长度和循环周次的关系,并绘制裂纹扩展速率和应力强度因子范围之间的关系曲线图,通过曲线拟合得到焊接接头各区域的Paris公式。结果表明:在裂纹扩展前期,各区域的疲劳裂纹扩展速率差异比较明显,Q345和316L母材的扩展速率最快,两侧热影响区焊缝的扩展速率最慢;在裂纹扩展后期,各区域的疲劳裂纹扩展速率大致相同。

恒静载降K法测定焊缝疲劳裂纹扩展门槛值研究

焊接残余拉应力会显著降低焊接接头疲劳性能,因此,焊接结构疲劳寿命评估参数的测定应对焊接残余应力予以充分考虑.为测得考虑焊接残余应力影响条件下的疲劳裂纹扩展门槛值,本文提出通过设定恒定平均外载以等效残余应力作用,进而逐级降低裂尖应力强度因子范围(ΔK)测得焊缝疲劳裂纹扩展门槛值的方法,即恒静载降K法.通过与ASTM E647-15等标准推荐测试方法所得结果对比,探究了恒静载降K法测量值适用性;通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等手段观察,对比分析了不同测量方法近门槛值载荷下的裂尖材料疲劳断口和变形行为.结果表明:采用恒静载降K法测量焊缝疲劳裂纹扩展门槛值最低,采用恒最大应力强度因子(K_(max))降载法的测量值次之,采用恒应力比(R)降载法的测量值最高.对比不同裂纹尖端K_(max)设定对门槛值测量的影响,发现随着K_(max)增大,门槛值测量值先快速下降,随后趋于平稳;采用恒静载降K法测定过程中K_(max)呈逐渐上升趋势,相应的门槛值测量值最低.疲劳断口显示,随着外加平均载荷增大,在近门槛值阶段断口形貌由疲劳辉纹转变为微区解理断裂;基于EBSD表征计算的裂尖材料几何必需位错密度表明,随着近门槛值外载的平均载荷增大,裂纹尖端位错密度增加.

某镍基粉末合金高温疲劳裂纹扩展行为与模型研究

针对涡轮盘用某镍基粉末高温合金材料,开展了高温疲劳裂纹扩展试验,分析了环境温度、载荷比、紧凑拉伸(CT)试件厚度等因素对于疲劳裂纹扩展行为的影响规律,建立和评估了考虑影响因素的裂纹扩展速率模型。结果表明:随着温度的升高和载荷比的增大,疲劳裂纹扩展速率会显著增大,而CT试件厚度对于扩展速率的影响较小;通过观测断口截面发现,在500~700℃内,疲劳裂纹的扩展机制与温度之间没有显著关联,而在700℃下,高载荷比的条件使得裂纹扩展断面更为粗糙;提出了一种温度相关的疲劳裂纹扩展速率模型,可较好地描述不同温度下的疲劳裂纹扩展曲线;对比了Walker模型和Newman裂纹闭合模型的应用效果,发现Walker模型在描述不同载荷比下的裂纹扩展速率方面更为优秀。

微观组织对钛合金扩散连接层合板疲劳裂纹扩展行为的影响

采用扩散连接技术制备了TA2/TA2/TA2层合板。通过引入Ti55异质层制备了TA2/Ti55/TA2异质层合板。通过疲劳裂纹扩展试验,比较了两种层合板的疲劳寿命,研究了异质层对层合板疲劳裂纹扩展行为的影响。通过SEM和EBSD微观分析方法,揭示了异质层对层合板疲劳裂纹扩展行为的影响机理。异质层合板的疲劳裂纹扩展寿命是同质层合板的1.65倍。裂纹尖端从TA2层进入TA2/Ti55界面时,疲劳裂纹扩展速率降低了53.1%。界面壁垒增加、疲劳裂纹尖端塑性区尺寸减小和晶粒择优取向弱化均延缓了疲劳裂纹扩展速率的增速。

先进超超临界机组候选镍基617合金在超临界水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验研究

研究了先进超超临界机组候选镍基合金Inconel 617在650℃/25 MPa超临界水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率(CFCGR)。采用恒应力强度因子(K)法进行动态加载,采用直流电位降(DCPD)法对裂纹长度进行实时测量,并通过线性回归方法计算出每个条件下的CFCGR,探究了加载频率(1.00 Hz、0.10 Hz和0.01 Hz)和波形(正弦波、三角波和梯形波)对CFCGR的影响。结果表明:随着加载频率的升高,CFCGR降低,且CFCGR与加载频率之间满足对数线性关系;在3种频率下,正弦波和三角波加载对CFCGR没有明显影响,这种波形无关性在较广的频率范围内成立;梯形波与无保持时间的连续循环相比,具有更大的CFCGR。

应力比对EH36钢在海洋腐蚀环境中疲劳裂纹扩展速率的影响

EH36钢因强度高、低温韧性好、自重较轻等性能优势而被广泛应用于大型海洋平台。为评估在海洋腐蚀环境中改变应力比对EH36钢腐蚀疲劳性能的影响,采用三级应力比(R=0.1、0.3、0.5)分别开展了空气环境、海水全浸环境和海水浪溅环境中EH36钢的疲劳裂纹扩展试验。在同一应力强度因子幅值(ΔK)下,EH36钢在三种环境中均表现出应力比R升高对疲劳裂纹扩展速率d a/d N的加速作用。空气环境中应力比对裂纹扩展速率会产生较大影响,对材料常数C和m影响很小,但在海水全浸环境和海水浪溅环境中,应力比增大不仅促进了裂纹扩展,而且使材料常数C和m发生变化。载荷条件相同时,海水全浸环境和海水浪溅环境中的裂纹扩展速率明显大于空气环境中的裂纹扩展速率,两种腐蚀环境对疲劳裂纹扩展行为的作用效果基本一致。通过观察断口形貌发现空气中的试件断口形貌表现为准解理特征,海水全浸环境和海水浪溅环境中的CT试件断口形貌大致相同,更接近于解理断裂。

X12转子钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的研究

在600℃条件下进行蠕变疲劳裂纹扩展速率实验,施加不同的载荷和保载时间,研究力值和保载时间对蠕变疲劳裂纹扩展速率的影响,并通过金相检测观察裂纹扩展路径。结果表明:在低应力条件下,蠕变疲劳裂纹扩展速率随着保载时间缩短而增大;在高应力条件下,蠕变疲劳裂纹扩展速率随保载时间延长而减小;相对含有疲劳成分裂纹而言,蠕变裂纹的扩展路径显得更加圆滑。

添加0.09 wt%钒对Al-Zn-Mg合金疲劳裂纹扩展的影响

本文以添加0.09 wt% V含量的Al-Zn-Mg合金为对象,对比研究了添加V元素对Al-Zn-Mg合金的疲劳裂纹扩展速率的影响。通过扫描电镜表征了疲劳裂纹扩展各个阶段的裂纹扩展路径。结果表明,添加0.09 wt% V含量的Al-Zn-Mg合金的疲劳裂纹扩展速率高于不添加V的Al-Zn-Mg合金。通过分析疲劳裂纹扩展路径的SEM结果发现,不添加V的疲劳裂纹扩展路径更加曲折。同时,在添加0.09 wt% V含量的Al-Zn-Mg合金中观察到了两种不同类型的含V相对裂纹扩展的影响,V含量高的第二相对疲劳裂纹扩展具有阻碍作用。V的添加加快了Al-Zn-Mg合金的疲劳裂纹扩展。

组织特征对粉末高温合金FGH96疲劳裂纹扩展速率的影响

通过对不同热处理后获得3种典型显微组织的粉末高温合金FGH96合金试样在650℃进行保载90 s和5 s并恒载荷循环应力作用下的疲劳试验,研究组织特征对疲劳裂纹扩展速率的影响规律,确定不同载荷条件下孕育期、萌生期、扩展期及瞬断期所占的比率。结果表明,γ'相特征显著影响疲劳裂纹扩展速率;疲劳行为对保载时间存在敏感性,随保载时间的延长,在疲劳-蠕变的交互作用下会明显加快合金疲劳裂纹扩展;在整个疲劳破坏过程中,萌生比率均高于扩展比率,说明该合金抗裂纹萌生的能力要高于抗裂纹扩展的能力;此外,该合金疲劳裂纹扩展四个阶段在整个断裂周次所占的比率分配上,孕育期比率一般较小,萌生期和扩展期比率较大,瞬断期的比率很小,表明该合金裂纹扩展一旦失稳将高速扩展并迅速断裂。

高温氧化对30Cr1Mo1V钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率的影响

在室温、540℃和650℃下,分别研究了空气或氩气气氛中氧化对30Cr1Mo1V钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:在高温下,在空气中和加载频率较低时,30Cr1Mo1V钢的裂纹扩展速率均明显增加.在加载过程中引入保载时间,空气中30Cr1Mo1V钢的裂纹扩展速率明显高于惰性环境中,说明氧化影响着疲劳裂纹扩展行为.在惰性气氛中,裂纹扩展速率随保载时间的延长而增大.在空气中,当保载时间超过60 s时,裂纹扩展速率随时间呈线性比例增大,表明此时裂纹扩展行为与时间因素相关.

疲劳保载时间与固溶处理对PM René95合金高温裂纹扩展速率的影响

经不同固溶时效处理的 ＰＭ Ｒｅｎｅ９５合金于 ６５０℃分别在蠕变、保载 ５和 ９０ ｓ疲劳载荷条件下进行了裂纹扩展速率实验．结果表明，相同热处理制度下，疲劳保载时间越长，裂纹扩展速率越高；相同载荷条件下，增加一次高温固溶并缓冷，有利于降低合金的裂纹扩展速率，且固溶温度越高裂纹扩展速率越低；１２００℃一次固溶缓冷并于１１６０℃二次固溶热处理比１１４０℃一次固溶的裂纹扩展速率约降低一个数量级；基体晶粒尺寸适当加大，强化相粒子γｃ数量增加、形状趋于田字形，有利于降低裂纹扩展速率.

粉末高温合金FGH96惯性摩擦焊接头室温疲劳裂纹扩展速率测试与分析

FGH96是采用损伤容限设计思想研制的新型粉末高温合金,是满足高推比、高燃效发动机使用要求的涡轮盘、环形件和其他热端部件的理想材料。FGH96惯性摩擦焊接头的细晶组织对裂纹扩展的阻碍作用使得其裂纹扩展速率小于母材。母材和接头断裂路径均为穿晶断裂。