不同加载频率下FV520B-I的疲劳行为与疲劳寿命

针对高强度钢FV520B-I分别进行了140Hz和20kHz两种加载频率下的疲劳实验。实验数据表明,20kHz加载频率下的疲劳寿命值均高于同应力幅值140Hz加载频率下的疲劳寿命值,而20kHz加载频率下材料的疲劳强度(450MPa)低于140Hz加载频率下的疲劳强度(500 MPa)。试件断口分析表明,加载频率的大幅提高使得疲劳失效由表面粗糙度缺陷引起的表面疲劳失效转变为内部非金属夹杂物引起的内部疲劳失效。基于三参数模型对实验数据进行拟合,建立了FV520B-I在不同加载频率下的疲劳寿命转换模型,提出了FV520B-I的疲劳寿命转换系数S′0,并发现转换系数S′0随着加载应力幅值的增大而增大,即加载频率对疲劳寿命的影响随着应力幅值的增大而增强。研究结果表明,疲劳寿命转换模型可以将超高加载频率下的疲劳寿命转换为传统加载频率下的疲劳寿命,且可以应用于FV520B-I的再制造工程疲劳分析。

基于不同粗糙度Ra与Rz的FV520B-I超高周疲劳失效研究

粗糙度Ra及Rz这两种粗糙度都会对高强度钢FV520B-I的超高周疲劳行为产生明显的影响。首先,以FV520B-I不同粗糙度的超声疲劳试验结果为基础,得到不同粗糙度情况下的失效试件的断口特征。结合超声疲劳试验结果、失效试件断口特征及能谱检测结果,分析粗糙度Ra对FV520B-I超高周疲劳失效机理的影响。其次,以粗糙度Rz作为主要影响因素,结合疲劳失效源距离表面的距离Da-s,分析粗糙度Rz对FV520B-I超高周疲劳寿命影响,并提出二者之间的定性描述关系。研究不同粗糙度对FV520B-I疲劳失效的影响为提高FV520B-I疲劳寿命预测的准确性有重要意义,也为FV520B-I疲劳失效研究做出了贡献。

加载频率对FV520B-I钢超高周疲劳性能的影响

采用超声疲劳试验方法和常规疲劳试验方法,对FV520B-I钢在20kHz和140 Hz频率下的超高周疲劳性能进行了研究,分析了加载频率对FV520B-I钢超高周疲劳性能的影响,并基于Basquin方程对超声疲劳试验数据进行了修正。结果表明:在应力幅值相同的情况下,试验钢的疲劳寿命随加载频率的提高而增加,而疲劳强度随加载频率的提高而降低;常规疲劳试验和超声疲劳试验下试验钢的疲劳断裂机制和断口形貌基本相同;修正后的超声疲劳试验数据与常规疲劳试验数据具有较好的相容性。

FV520B-I在不同介质的疲劳失效分析

为了研究FV520B-I在腐蚀环境下的疲劳失效行为与机理,本文在不同介质条件下对FV520B-I做了的疲劳失效分析的工作。利用超声疲劳试验系统对FV520B-I进行空气、水及3.5%NaCl溶液环境下的疲劳试验,使用扫描电镜显微镜对断口表面进行观察,分析不同试验环境、不同寿命范围的断口形貌特征,确定引起失效的损伤形式。根据断口能谱分析结果研究腐蚀介质对FV520B-I疲劳失效行为,分析不同的试验环境对疲劳寿命的影响。结果发现:在小应力幅值条件下,腐蚀介质在疲劳失效过程中起主导作用。应用经典幂函数公式建立超高频率载荷作用下不同环境的FV520B-I的应力-寿命曲线模型。研究内容对FV520B-I零部件维护及失效研究具有积极意义。

基于两种不同缺陷形式的FV520B-Ⅰ疲劳寿命预测

表面粗糙度和内部非金属夹杂物这两种缺陷形式都会明显影响高强度钢FV520B-Ⅰ的疲劳寿命。以FV520B-Ⅰ的超声疲劳实验数据为基础,结合根据经典的断裂力学,将表面粗糙度以及内部非金属夹杂物与FV520B-Ⅰ疲劳寿命联系起来得到疲劳寿命预测基础模型。从实验数据中选取合适的疲劳数据对基础模型进行拟合,确定与FV520B-Ⅰ相关参数,从而分别建立了针对两种不同缺陷情况下FV520B-Ⅰ的疲劳寿命预测模型。疲劳寿命预测模型的建立为FV520B-Ⅰ的疲劳寿命研究作出了贡献,准确并有针对性的预测疲劳寿命对保障设备的正常生产运行有重要的意义。

再制造毛坯疲劳损伤临界阈值及可再制造性判断研究

确定疲劳损伤临界阈值以及建立超高周疲劳阶段基于损伤的可再制造性判断模型,为判断毛坯件能否进行再制造提供理论依据,保证再制造工程的顺利进行。但是目前关于基于损伤的可再制造性判断研究还没有广泛的开展,相关的定义与模型也没有提出。以离心压缩机叶片材料FV520B-I为研究对象,根据传统可制造性理论提出了损伤临界阈值的定义并建立普遍适用的损伤临界阈值模型。进一步基于疲劳试验数据、经典的疲劳理论以及疲劳竞争分析,建立针对FV520B-I的考虑表面损伤和内部损伤两种情况的超高周剩余疲劳寿命预测模型。结合损伤临界阈值模型,建立了基于损伤的可再制造性判断模型,并通过试验进行了验证。基于损伤的可再制造性研究是一项理论上有难度,实际应用有价值的工作,能够有效提高可再制造工程的效率,避免不必要的再制造。