疲劳与断裂专刊2016-2018

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本辑疲劳与断裂专刊集合了2016~2018年在金属学报发表的21篇文章,内容涉及各类合金、不锈钢、管线钢等疲劳和断裂行为的研究,基本反映了近年来我国疲劳断裂研究领域的主要成果。欢迎阅读、引用和转发!

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1. K416B镍基铸造高温合金的700 ℃高周疲劳行为*
谢君, 于金江, 孙晓峰, 金涛
金属学报    2016, 52 (3): 257-263.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00281
摘要39)   HTML0)    PDF (9879KB)(499)   

通过高周疲劳性能测试和组织形貌观察, 研究了K416B镍基高温合金700 ℃的高周疲劳行为. 结果表明, 在700 ℃和应力比R=-1条件下, 合金疲劳寿命随着应力的升高而减小, 高周疲劳强度为175 MPa; 在低应力条件下, 形变位错在γ基体中发生不同取向滑移, 随着应力增加, 位错剪切γ'相, 形成层错; 在拉压高周疲劳期间, 合金中开动多个滑移系, 并沿不同方向发生扭曲变形, 在γ +γ'共晶及碳化物附近产生应力集中, 致使裂纹源萌生于合金表面附近的共晶及块状碳化物处. 随着高周疲劳进行, 裂纹在扩展区沿枝晶间扩展, 并在瞬断区发生典型的解理断裂.

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2. 微结构相关的高循环疲劳分散性计算方法研究*
韩世伟, 石多奇, 杨晓光, 苗国磊
金属学报    2016, 52 (3): 289-297.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00322
摘要39)   HTML0)    PDF (2355KB)(421)   

为了研究微结构对高循环疲劳分散性的影响, 发展了考虑多晶材料微结构特征的极值概率分析方法. 首先, 通过Voronoi算法构造了近似多晶合金微结构的随机多晶胞元模型. 其次, 应用基于内变量的晶体塑性本构理论, 模拟了不同应变幅下处于结构表面和内部多晶微结构胞元的循环应力应变响应. 通过计算有限数量的随机多晶微结构, 采用疲劳指示参数表征剪应变主导的裂纹萌生驱动力, 从而得到不同应变及边界约束情形下的疲劳指示参数分布. 最后, 应用极值概率理论分析了多晶胞元中疲劳指示参数的极值分布规律. 以TC4合金为例, 计算结果表明: 高循环疲劳分散性随应变幅降低而上升, 且在弹性极限附近变化显著; 此外, 相比于构件内部晶粒, 处于表面的晶粒具有更高的裂纹萌生驱动力.

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3. 表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金超高周疲劳性能的影响*
朱莉娜,邓彩艳,王东坡,胡绳荪
金属学报    2016, 52 (5): 583-591.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00511
录用日期: 2016-02-29

摘要51)   HTML18)    PDF (1271KB)(638)   

采用自行研制的超声疲劳实验装置, 研究不同表面粗糙度下Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能. 结果表明, 当表面凹痕宽深比a/c (a为凹痕宽度, c为凹痕深度)在2~10之间时, Ti-6Al-4V合金的临界凹痕深度在0.49~1.10 μm之间. 当表面凹痕深度小于临界深度时, 表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能没有影响. 当表面凹痕深度大于临界深度时, Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随表面粗糙度的增加而下降, 并且随着循环周次的增加, Ti-6Al-4V合金疲劳性能对表面粗糙度的敏感性下降. 随着表面粗糙度的增加, Ti-6Al-4V合金超高周疲劳裂纹的萌生方式发生变化. 超高周疲劳裂纹源有由一个向多个、由内部向次表面转移的趋势; 当表面凹痕深度增加到一定程度后, 在超高周疲劳寿命区间, Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随粗糙度的增加而大幅下降. 疲劳裂纹全部从合金表面凹痕根部处萌生, 没有内部萌生的情况.

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4. 共轭和临界双滑移取向Cu单晶体疲劳位错结构的热稳定性研究*
郭巍巍,齐成军,李小武
金属学报    2016, 52 (6): 761-768.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00572
录用日期: 2016-03-31

摘要38)   HTML0)    PDF (1137KB)(246)   

在不同塑性应变幅下对共轭双滑移和[017]临界双滑移取向Cu单晶体进行疲劳实验直至循环饱和, 然后在不同温度下进行退火处理, 考察了其位错结构的热稳定性. 结果表明, 300 ℃退火处理后, 位错结构发生了明显的回复; 500和800 ℃退火处理后, 均发生了明显的再结晶现象, 并伴随退火孪晶的形成. 不同取向Cu单晶体循环变形后形成不同的位错结构, 其热稳定性由高到低依次为: 脉络结构、驻留滑移带(PSB)结构、迷宫或胞结构. 不同取向疲劳变形Cu单晶体中形成的退火孪晶均沿着疲劳后开动的滑移面方向发展, 疲劳后的滑移变形程度越高, 退火后形成的孪晶数量则越多. 但过高的退火温度(如800 ℃)会加快再结晶晶界的迁移速率, 进而抑制孪晶的形成, 致使孪晶数量有所减少.

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5. Q460钢焊接接头组织及动态断裂行为的研究*
冯祥利,王磊,刘杨
金属学报    2016, 52 (7): 787-796.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00617
录用日期: 2016-03-25

摘要41)   HTML5)    PDF (1613KB)(500)   

通过调整焊接热输入研究了Q460低合金高强钢CO2气体保护药芯焊接接头的组织及其对不同温度下动态断裂韧性(JId)的影响规律, 探究了影响接头动态断裂行为的机理. 结果表明, 低热焊接输入的接头熔合区(FZ)柱状晶界面处存在仿晶界型铁素体; 随热输入增加, FZ柱状晶形态特征逐渐减弱、仿晶界铁素体消失, FZ以针状铁素体组织为主, 且随热输入的增加针状铁素体平均尺寸增大. 在室温至-70 ℃范围内, 中等热输入的焊接接头均表现出优异的动态断裂韧性, 而低热输入的接头动态断裂韧性值最低. 随温度由室温降低至-70 ℃, Q460钢焊接接头动态断裂机制发生了由延性断裂逐渐向解理脆性断裂的转变. 低热输入焊接接头FZ柱状晶界面具有平面生长特征的仿晶界铁素体, 易诱发低温下裂纹沿晶快速扩展. 研究发现, 在低温动态断裂过程中, 细小针状铁素体组织由于可有效地阻碍裂纹扩展, 成为其维持高动态断裂韧性的要因.

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6. 不同表面改性强化处理对TC4钛合金表面完整性及疲劳性能的影响*
高玉魁
金属学报    2016, 52 (8): 915-923.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00628
录用日期: 2016-05-31

摘要57)   HTML15)    PDF (1313KB)(1033)   

对TC4钛合金进行了喷丸强化、激光冲击强化和低塑性抛光3种表面强化改性处理, 测定了不同表面改性处理下的表面粗糙度、显微硬度、残余应力及微观组织, 研究了不同表面改性处理下的旋转弯曲疲劳性能, 利用SEM观察分析了疲劳断口特征, 提出了表面强化改性机理和效果评价方法. 结果表明, 喷丸强化、激光冲击强化和低塑性抛光3种表面强化改性处理后, TC4钛合金的旋转弯曲疲劳寿命提高, 疲劳强度也大幅度提升, 而且疲劳裂纹位于表面强化层下的次表层; 对于未表面强化改性处理的TC4钛合金, 疲劳裂纹位于表面. 基于位错理论, 对次表层裂纹萌生抗力和疲劳强度进行了分析并给出了定量分析模型.

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7. 微结构和应力比对Ti-6Al-4V高周和超高周疲劳行为的影响*
刘小龙,孙成奇,周砚田,洪友士
金属学报    2016, 52 (8): 923-930.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00581
录用日期: 2016-05-04

摘要56)   HTML2)    PDF (1553KB)(694)   

采用旋转弯曲和超声疲劳实验分别测试了全等轴和等轴双态组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳性能, 并用SEM观察了疲劳断口特征. 结果表明: 2种组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳行为相似, 不同应力比下, 其S-N曲线均表现出单线形或双线形的形式; 存在滑移机制和解理机制2种疲劳破坏机制. 随应力比增加, 2种组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳破坏机制均从滑移机制向解理机制转变. 基于疲劳寿命和疲劳强度建立模型分析了应力比对2种机制之间竞争行为的影响, 模型预测结果与实验结果趋势吻合.

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8. X100管线钢焊接热影响区中链状M-A组元对冲击韧性和断裂机制的影响*
李学达,尚成嘉,韩昌柴,范玉然,孙建波
金属学报    2016, 52 (9): 1025-1035.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00610
录用日期: 2016-04-12

摘要56)   HTML4)    PDF (2200KB)(842)   

利用示波冲击试验机对X100管线钢直缝埋弧焊实际焊接接头热影响区不同位置处的冲击韧性进行了测试. 结果表明, 当缺口穿过不完全重结晶粗晶区(ICCGHAZ)时冲击韧性很低(平均为51 J), 而当缺口不穿过ICCGHAZ时冲击韧性则高达183 J. 还利用Gleeble热模拟试验机对热影响区不同区域的组织进行了模拟, 得到均一组织的粗晶区(CGHAZ), 细晶区(FGHAZ)和不完全重结晶区(ICHAZ)的冲击韧性较高, 平均分别为244, 164和196 J, 而ICCGHAZ的冲击韧性只有32 J. 因此, ICCGHAZ是导致冲击韧性骤降的主要原因. ICCGHAZ由粗大的原奥氏体晶粒及沿晶界呈链状分布的马氏体-奥氏体(M-A)组元构成, 晶粒内部为粗大的粒状贝氏体或者上贝氏体. 断口分析表明, ICCGHAZ是整个断面的起裂源, 且裂纹扩展过程中M-A组元易成为解理刻面的起裂源. 示波冲击结果显示, ICCGHAZ的存在使得起裂功显著降低. 对断口下方二次裂纹的研究表明, CGHAZ处的断裂机制为形核控制型, 而在ICCGHAZ处则为扩展控制型. 因此, ICCGHAZ中链状M-A组元的存在是导致热影响区韧性恶化的根本原因, 并且使得断裂行为和断裂机制发生显著变化.

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9. Q-P-T处理贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂特性研究*
桂晓露,张宝祥,高古辉,赵平,白秉哲,翁宇庆
金属学报    2016, 52 (9): 1036-1044.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00660
录用日期: 2016-07-01

摘要44)   HTML3)    PDF (1800KB)(572)   

对20Mn2SiCrNiMo贝氏体/马氏体复相高强钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理, 并采用紧凑拉伸试样进行疲劳实验. 结果表明, Q-P-T工艺参数对贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性具有显著影响, 经过合理的Q-P-T工艺处理的贝氏体/马氏体复相高强钢具有较高的疲劳门槛值(ΔKth=13.2 MPam1/2)及较低的裂纹扩展速率. 显微组织及裂纹扩展路径观察显示, Q-P-T处理的贝氏体/马氏体复相高强钢的显微组织包括贝氏体、马氏体和残余奥氏体薄膜, 其中“柳叶状”贝氏体及纳米级残余奥氏体薄膜可以阻碍裂纹扩展, 迫使裂纹转折、分叉或“间断”, 这是贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂性能改善的主要因素.

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10. 金属玻璃的断裂行为与强度理论研究进展*
张哲峰, 屈瑞涛, 刘增乾
金属学报    2016, 52 (10): 1171-1182.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00348
摘要21)   HTML2)    PDF (1517KB)(367)   

由于特殊的非晶态结构, 金属玻璃表现出与传统晶体材料十分不同的变形与断裂行为. 金属玻璃具有高强、脆性和宏观均匀、各向同性的特点, 使其成为研究高强度材料强度理论的理想模型材料, 因而关于金属玻璃的断裂行为与强度理论研究至今仍然吸引着材料、力学和物理等学科研究人员的广泛兴趣. 本文基于作者十多年来关于金属玻璃断裂与强度方面的研究工作, 着重阐述对韧性和脆性金属玻璃的断裂行为和强度理论方面的最新认识和研究进展, 最后提出金属玻璃断裂与强度方面尚待解决的科学问题.

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11. Ti/Al异种合金接头原位拉伸应变场及断裂行为的研究*
许志武,马志鹏,闫久春,张誉喾,张旭昀
金属学报    2016, 52 (11): 1403-1412.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00103
录用日期: 2016-07-14

摘要33)   HTML0)    PDF (1387KB)(619)   

采用Zn-Al钎料超声辅助钎焊连接了钛合金与铝合金, 利用OM, SEM, EDS和TEM分析了钎焊接头的微观组织. 利用数字图像相关(DIC)方法分析了Ti/Al钎焊接头在原位拉伸过程中应变变化及裂纹扩展情况. 结果表明, 在钛合金/钎缝界面上有2种化合物, 分别为Ti7Al5Si12和TiAl3, 而在铝合金/钎缝界面上存在一层Zn-Al扩散层, 钎缝组织由富Zn相和Zn-Al共析组织构成. 原位拉伸过程中, 钎焊接头整体应变较低, 局部高应变区呈条纹状形态分布, 接头没有发生明显屈服过程, 只有弹性变形和塑性变形阶段. 在应变相对较大的富Zn相内部产生最大应力且出现裂纹, 裂纹曲析扩展最后呈锯齿状断裂.

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12. 超细晶Cu-Cr-Zr合金的高温拉伸性能及断裂机制*
王庆娟,周晓,梁博,周滢
金属学报    2016, 52 (11): 1477-1483.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00073
录用日期: 2016-07-06

摘要32)   HTML2)    PDF (1331KB)(736)   

研究了2种变形处理方式下的超细晶Cu-Cr-Zr合金从室温到600 ℃的拉伸性能、断口微观组织特征及其断裂机制. 结果表明: 经4道次等径弯曲通道挤压(ECAP)+时效+4道次ECAP变形处理的合金(No.1试样)的抗拉强度随拉伸温度的升高而降低, 室温时, 合金抗拉强度为577.17 MPa, 延伸率为14.6%; 在300 ℃开始发生动态再结晶软化, 抗拉强度迅速减小, 到600 ℃时抗拉强度仅为59.12 MPa. 经过8道次ECAP+时效变形处理的合金(No.2试样), 室温抗拉强度为636.71 MPa, 延伸率为12.1%; 从400 ℃开始析出相对晶界的钉扎作用开始逐渐减弱, 抗拉强度大幅降低, 600 ℃时的抗拉强度为65.20 MPa. No.2试样比No.1试样具有更好的室温性能和热稳定性. 2种方式处理下合金延伸率随拉伸温度的升高而升高, 在高温下都表现出超塑性. 高温拉伸断口微观形貌为大量密集、深入的韧窝, 其高温断裂机制为微孔聚集的韧性断裂.

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13. 各向异性和偏轴加载对1050车轮钢疲劳性能的影响
张青松,朱振宇,高杰维,戴光泽,徐磊,冯健
金属学报    2017, 53 (3): 307-315.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00366
录用日期: 2016-12-09

摘要37)   HTML1)    PDF (12858KB)(604)   

研究了各向异性和偏轴加载对轧制1050车轮钢疲劳性能的影响,获得试样在2种特定加载条件下的疲劳极限,运用SEM观察疲劳断口形貌,并利用有限元分析软件Ansys对0°、30°、45° 3个不同偏轴加载角度的试样进行静力学分析。结果表明:随着试样与轧制方向角度的增加,疲劳极限逐渐降低,0°到45°下降比例约为9%;随着试样偏轴加载角度的增加,疲劳极限亦逐渐降低,0°到45°下降比例约为85%;在偏轴加载的情况下,试样承受的剪切应力与Von Mises等效应力较大,且随着偏轴加载角度的增加而增加。

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14. 热加工对Z3CN20-09M双相不锈钢组织及热老化冲击断裂行为的影响
张海,李时磊,刘刚,王艳丽
金属学报    2017, 53 (5): 531-538.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00321
录用日期: 2017-02-23

摘要55)   HTML1)    PDF (7260KB)(408)   

铸态Z3CN20-09M双相不锈钢经1200 ℃热锻后,采用400 ℃热老化100、1000、3000 h处理。利用SEM和EBSD分析了铸态及锻态Z3CN20-09M双相不锈钢的显微组织和热老化1000、3000 h的冲击断口,采用纳米力学探针和冲击试验机测试了铸态及锻态Z3CN20-09M双相不锈钢热老化0、100、1000、3000 h微区力学性能和冲击性能。研究表明,经热加工后铁素体晶粒的取向呈现无序态,奥氏体晶粒由粗大的柱状晶经再结晶后变成细小的等轴晶。随热老化时间延长,铸态和锻态材料的冲击功都呈现下降趋势。热老化1000 h,铸态和锻态材料均呈现微孔聚集型断裂,断口出现大量韧窝花样。热老化3000 h,铸态和锻态材料均呈现韧窝/解理混合型断裂特征,铁素体发生脆性解理断裂, 奥氏体以撕裂或呈微孔聚集型断裂。铁素体区域内取向不同导致锻态材料冲击断口解理特征明显少于铸态材料。

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15. 退火温度对ARB-Cu室温拉伸断裂行为的影响
李敏, 刘静, 姜庆伟
金属学报    2017, 53 (8): 1001-1010.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00475
录用日期: 2017-05-15

摘要66)   HTML9)    PDF (1504KB)(806)   

利用TEM观察累积叠轧法(ARB)制备的超细晶Cu的微观结构,在IBTC-5000单轴疲劳试验机上对制备态及不同温度退火态的ARB-Cu进行单向静态拉伸实验,通过SEM观察力学测试后试样的断口形貌。结果表明:在实验温度范围内,退火处理均使ARB-Cu的屈服强度和抗拉强度下降,当退火温度低于再结晶温度时,ARB-Cu的屈服强度和抗拉强度均随退火温度的升高而升高;当退火温度高于再结晶温度时,其强度迅速下降。当退火温度为200 ℃时,ARB-Cu的屈服强度和抗拉强度达到退火态最大值。随退火温度的升高,ARB-Cu的晶粒尺寸略微增大,晶粒分布逐渐由制备态的单峰分布转变为双峰分布,断口形貌显示出塑性逐渐增加的趋势。退火处理有助于ARB材料焊合界面结合强度的提高,退火温度越高,焊合界面结合性能越好。焊合界面经历的叠轧道次越多,其结合效率越高,其理论计算公式为E=(1-0.5n)×100%。

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16. TC17合金超高周疲劳裂纹萌生机理
刘汉青, 何超, 黄志勇, 王清远
金属学报    2017, 53 (9): 1047-1054.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00561
录用日期: 2017-06-13

摘要57)   HTML19)    PDF (6606KB)(1337)   

通过实验研究了2种频率(110 Hz和20 kHz)循环载荷作用下航空发动机叶片材料TC17合金的超高周疲劳失效行为,分析了不同失效形式下的裂纹萌生机理。结果表明,TC17合金在2种实验载荷频率下均存在表面和内部萌生裂纹诱发疲劳失效2种失效形式,表面萌生裂纹诱发的疲劳失效主要是由加工缺陷和循环载荷作用下试样表面滑移处应力集中引起的横向裂纹所致,内部萌生裂纹诱发的疲劳失效是由循环载荷作用下材料初生α相的滑移断裂所致。失效机理的不同使得材料的应力-疲劳寿命(S-N)曲线呈双线性,载荷频率对TC17合金的裂纹萌生形式和萌生机理的影响不显著。建立了基于薄弱取向晶粒区域尺寸的疲劳强度预测模型,模型预测值与实验值吻合较好。

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17. 焊缝金属解理断裂微观机理
陈剑虹, 曹睿
金属学报    2017, 53 (11): 1427-1444.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00145
录用日期: 2017-08-14

摘要73)   HTML5)    PDF (20132KB)(678)   

本文为低合金高强钢的解理断裂提出了一个新的理论框架:解理断裂不仅决定下平台的冲击韧性,而且对过渡温度区的韧性也起决定性的作用,因为在这个温度区间韧性取决于先前产生的塑性裂纹扩展的长度,而解理断裂终止了塑性裂纹的扩展,从而决定其长度。解理断裂包含3个不间断的阶段:(1) 裂纹在第二相颗粒起裂成核;(2) 第二相裂纹穿过第二相颗粒和晶粒边界扩展;(3) 晶粒裂纹穿过晶粒边界扩展进入相邻晶粒。本理论框架对整个过程进行了诠释:解理断裂的临界事件是在裂纹形成过程中提供最大困难的阶段,它控制了解理断裂过程,并确认了最薄弱的微观组分及其临界尺寸,这个尺寸决定了微观解理断裂应力σf。在断裂过程研究中最为重要的就是揭示各种条件下断裂的临界事件。提出引发解理断裂的3个准则:(1) 裂纹起裂成核准则;(2) 防止裂纹核钝化准则;(3) 裂纹扩展准则。并由这3个准则形成了一个活性区,在活性区中应力和应变的综合作用可以引发解理断裂,这个活性区被用来建立断裂的统计模型。本研究利用这个新的理论框架进行了8%Ni钢焊缝的实例研究,以说明实验研究的结果。

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18. 晶界氧化对GH4738高温合金疲劳裂纹扩展的作用
徐超, 佴启亮, 姚志浩, 江河, 董建新
金属学报    2017, 53 (11): 1453-1460.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00169
录用日期: 2017-08-30

摘要47)   HTML2)    PDF (10423KB)(512)   

测定了GH4738合金在650、700、750及800 ℃空气环境下的疲劳裂纹扩展速率da/dNK曲线及疲劳裂纹扩展寿命a-N曲线,得出了温度对合金疲劳裂纹扩展的影响规律,并结合组织性能、疲劳特征、高温及室温下晶界氧化情况等分析了温度对合金疲劳裂纹扩展的影响。结果表明,随着温度升高,GH4738合金的疲劳裂纹扩展速率(FCGR)增加,合金的断裂方式由沿晶和穿晶混合型断裂向完全沿晶断裂转变;在初始应力强度因子幅度ΔK为40 MPam1/2、晶粒尺寸为30~40 μm时,合金的疲劳裂纹扩展寿命在650~700 ℃内显著下降,存在一个温度敏感区间,其原因并不是材料的组织和力学性能的变化,主要是高温下的氧化作用所致;O通过裂纹尖端、滑移带间接进入晶界或O直接渗入晶界的方式,与晶界处的活性元素Co、Ti、Al反应生成脆性氧化物,从而降低了晶界强度,使合金的抗疲劳性能显著下降。

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19. 微纳米尺度金属导电材料热疲劳研究进展
张广平, 陈红蕾, 罗雪梅, 张滨
金属学报    2018, 54 (3): 357-366.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00371
录用日期: 2017-12-22

摘要28)   HTML10)    PDF (3600KB)(694)   

世界已逐渐进入以物联网和智能制造为主导的工业4.0时代,特别是人工智能和大数据处理的强烈需求,微纳米尺度器件的研发制造及广泛使用的日趋活跃使得小尺度材料得到广泛关注。由于这些材料的几何尺度和微观结构尺度的约束效应,其热疲劳损伤行为与块体材料不同。同时,材料尺度由微米向纳米量级的转变也会引起损伤机制的转变,使材料表现出不同的损伤形式,产生显著的尺寸效应。本文综述了近年来国内外开展的有关金属薄膜/线的热疲劳实验方法、热疲劳损伤行为及演化和热疲劳影响因素的研究进展,探讨了微纳米尺度金属材料热疲劳的微观机制和尺寸效应,并对这一领域的研究前景进行展望。

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20. 冶金型气孔对熔化焊接7020铝合金疲劳行为的影响
宋哲, 吴圣川, 胡雅楠, 康国政, 付亚楠, 肖体乔
金属学报    2018, 54 (8): 1131-1140.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00448
录用日期: 2018-02-06

摘要49)   HTML4)    PDF (6832KB)(491)   

基于同步辐射X射线三维高精度原位成像技术,识别和统计出工艺稳定的激光复合焊接7020铝合金接头中的气孔数量、形貌、尺寸和空间分布特征,结合气孔统计数据结果和焊缝晶粒大小,定义了7020铝合金激光复合焊接头中影响接头疲劳性能的气孔临界尺寸。利用同步辐射X射线三维原位疲劳实验数据和疲劳断口形貌,探讨了疲劳试样裂纹源处气孔尺寸、应力和疲劳寿命之间的定量关系。同时,基于有限元仿真分析,研究了不同位置下气孔处的应力场状态。最后,通过疲劳裂纹扩展速率实验,揭示了气孔对疲劳裂纹萌生、扩展和试样瞬断的影响。研究结果表明,激光复合焊接头临界气孔尺寸可定为30 μm;同步辐射X射线成像和疲劳断口显示,较大的表面气孔和近表面的气孔较容易萌生疲劳裂纹。仿真研究也表明,气孔周围的应力集中程度随着气孔位置由表面向内部移动呈现出先增大后减小最后趋于稳定的趋势;疲劳裂纹扩展速率数据分布趋势表明,气孔对长裂纹扩展过程的影响较小,可忽略不计,但一般认为对裂纹前缘形貌有较大影响。

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21. 小尺度CA6NM马氏体不锈钢样品疲劳性能评价研究
马也飞, 宋竹满, 张思倩, 陈立佳, 张广平
金属学报    2018, 54 (10): 1359-1367.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00023
录用日期: 2018-04-23

摘要57)   HTML8)    PDF (6624KB)(489)   

通过对核主泵叶轮用小尺度超薄CA6NM马氏体不锈钢样品的对称弯曲疲劳和单轴拉-拉疲劳实验,获得了小尺度样品的疲劳性能,并将其与标准块体CA6NM马氏体不锈钢样品的疲劳性能进行了对比研究,研究利用超薄样品评价CA6NM不锈钢疲劳可靠性的可行性。研究发现,40 μm厚的超薄CA6NM钢样品拉伸强度比块体样品略高,但拉伸塑性明显降低;单轴加载下的40 μm厚的超薄样品在低周区的疲劳强度低于标准块体样品获得的疲劳强度,随着应力幅的降低,在高周区两者的疲劳强度性能差异逐渐减小,疲劳极限较为接近。相同40 μm厚的超薄样品的对称弯曲疲劳加载获得的疲劳强度远高于单轴拉-拉疲劳加载获得的疲劳强度,且高于块体样品的疲劳强度。小尺度超薄样品的疲劳性能与加载方式密切相关,对小尺度样品疲劳性能与块体材料疲劳性能差异的微观机理进行了探讨,并评价了采用小尺度超薄样品评价CA6NM钢疲劳可靠性的可行性。

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