超高周疲劳2
疲劳断裂的失效准则
疲劳断裂的失效准则
疲劳断裂是材料在循环载荷作用下，经过一段时间后发生的突然断裂现象。
疲劳断裂失效准则主要包含以下几种类型：
1.机械疲劳
机械疲劳是指材料在周期性机械载荷作用下，经过一定时间后发生的疲劳断裂现象。
机械疲劳的失效准则通常基于材料的疲劳极限和循环次数来确定。
2.热疲劳
热疲劳是指材料在周期性温度变化作用下，经过一定时间后发生的疲劳断裂现象。
热疲劳的失效准则通常基于材料的热膨胀系数、温度变化范围和循环次数来确定。
3.高周疲劳
高周疲劳是指材料在较高应力幅或较大循环次数作用下发生的疲劳断裂现象。
高周疲劳的失效准则通常基于材料的疲劳极限和循环次数来确定。
4.低周疲劳
低周疲劳是指材料在较低应力幅或较小循环次数作用下发生的疲劳断裂现象。
低周疲劳的失效准则通常需要考虑材料的塑性变形和损伤累积。
5.超高周疲劳
超高周疲劳是指材料在极高的应力幅或极小的循环次数作用下发生的疲劳断裂现象。
超高周疲劳的失效准则通常基于材料的断裂强度和循环次数来确定。
6.拉压疲劳
拉压疲劳是指材料在拉压循环载荷作用下发生的疲劳断裂现象。
拉压疲劳的失效准则通常基于材料的屈服强度和循环次数来确定。
7.扭转疲劳
扭转疲劳是指材料在周期性扭转载荷作用下发生的疲劳断裂现象。
扭转疲劳的失效准则通常基于材料的剪切强度和循环次数来确定。
8.弯曲疲劳
弯曲疲劳是指材料在周期性弯曲载荷作用下发生的疲劳断裂现象。
弯曲疲劳的失效准则通常基于材料的弯曲强度和循环次数来确定。
《高强铝合金超高周疲劳特征研究》范文
《高强铝合金超高周疲劳特征研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，高强铝合金因其优异的力学性能和良好的加工性能，在航空、航天、汽车、轨道交通等领域得到了广泛应用。
然而，这些构件在使用过程中常常需要承受超高周次的疲劳载荷，因此，对高强铝合金的超高周疲劳特征进行研究，对于提高构件的疲劳性能和延长使用寿命具有重要意义。
二、高强铝合金概述高强铝合金具有较高的强度、良好的塑性和耐腐蚀性，广泛应用于各种工程领域。
其优越的力学性能主要源于其独特的微观组织和晶体结构。
然而，高强铝合金在承受长期、高周次的疲劳载荷时，其性能会受到显著影响。
因此，对高强铝合金的超高周疲劳特征进行研究显得尤为重要。
三、超高周疲劳特征研究1. 试验方法本研究采用先进的疲劳试验机对高强铝合金进行超高周次的疲劳试验。
试验过程中，记录了应力-时间曲线、应力-应变曲线等数据，并观察了试样在疲劳过程中的表面形貌变化。
2. 疲劳性能分析通过对试验数据的分析，我们发现高强铝合金在超高周次疲劳过程中表现出以下特征：（1）应力-时间曲线和应力-应变曲线呈现出明显的非线性特征，表明材料在疲劳过程中发生了显著的塑性变形。
（2）随着疲劳周次的增加，试样表面出现微裂纹，并逐渐扩展，最终导致试样断裂。
这些微裂纹的扩展速率和方向受材料内部微观组织的影响。
（3）高强铝合金的疲劳极限随试验条件的变化而变化。
在一定的应力水平下，存在一个临界周次，超过该周次后，材料的疲劳性能将显著下降。
3. 影响因素分析高强铝合金的超高周疲劳性能受多种因素影响，包括合金成分、微观组织、应力水平、环境条件等。
其中，合金成分和微观组织是影响材料疲劳性能的主要因素。
通过优化合金成分和改善微观组织，可以提高高强铝合金的疲劳性能。
此外，环境条件如温度、湿度等也会对材料的疲劳性能产生影响。
四、结论通过对高强铝合金进行超高周疲劳特征的研究，我们得出以下结论：（1）高强铝合金在超高周次疲劳过程中表现出明显的非线性特征，随着疲劳周次的增加，试样表面出现微裂纹并逐渐扩展。
7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能
7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能邓彩艳， 高 仁， 龚宝明， 王东坡(天津大学 材料科学与工程学院，天津 300072)摘 要： 采用超高周疲劳试验系统研究7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明，焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效，S-N 曲线在108周次左右出现转折点，呈折线型下降；通过SEM 对超高周疲劳断口形貌进行观察发现，当应力范围较高时，试件的疲劳裂纹往往在表面萌生，随着应力范围的降低，裂纹有亚表面和内部萌生的倾向；裂纹萌生位置取决于表面起裂和内部起裂相互竞争的结果；试件的断裂位置多为焊接接头的热力影响区和热影响区，EBSD 和接头硬度的分析结果表明断裂位置与接头组织不均匀密切相关.关键词： 铝合金；搅拌摩擦焊；超高周疲劳；断裂位置中图分类号：TG 405 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .20183902840 序 言疲劳断裂是焊接结构失效的一种主要形式. 在焊接结构的失效中，交变载荷引起的疲劳断裂事故占机械结构失效总数的80%~90%，接头具有可靠疲劳性能是保证其结构安全可靠性的关键因素[1].近年来众多试验研究表明，材料在服役疲劳寿命超过107周次后疲劳断裂仍会发生[2]，并不存在传统意义上的疲劳极限. 国际焊接协会(IIW)在制定的钢结构设计规范中也指出，107周次后S-N 曲线(疲劳强度–寿命曲线)以一定的斜率持续下降. 同时超高周疲劳试验方法大大的降低了试验的时间和成本，因而得以对材料的超高周疲劳进行广泛的研究[3].搅拌摩擦焊(friction stir welding ，FSW)作为一种固相连接工艺有效地实现了铝合金的连接，避免了传统熔焊气孔、热裂纹等缺陷，可以获得高质量的焊接接头. 对于铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳问题，Mishra 等人[4]研究表明，虽然FSW 接头疲劳寿命低于母材，但是显著高于激光焊和熔化极惰性气体保护焊. 且当焊件表面缺陷完全移除后，搅拌摩擦焊接头的疲劳强度达到了与母材相同的水平；Sillapasa 等人[5]研究了6N01铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳行为，发现搅拌区圆棒试件的疲劳强度要高于母材圆棒试件，并且包含焊接接头板状试件的疲劳断裂位置易发生在硬度值最低的热影响区. 但相关研究主要集中于铝合金搅拌摩擦焊接头低周或高周范围疲劳性能的研究，其超高周疲劳性能研究相对较少，同时对其萌生机理的阐述以及断裂位置规律的分析还不全面.1 试验方法采用材料为7050-T7451铝合金轧制板材，其化学成分及力学性能如表1和表2所示. 采用搅拌摩擦焊方法将两块板材尺寸为250 mm×150 mm×12 mm 的平板进行焊接. 焊接接头形式为平板对接，焊接方向与板材的轧制方向相同，如图1a 所示. 其焊接工艺参数见表3.表 1 7050铝合金化学组成成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of 7050 aluminium alloyZn Mg Cu Fe Si Ti Zr Al 6.332.122.180.080.050.030.09余量表 2 7050铝合金力学性能Table 2 Mechanical properties of 7050 aluminium alloy屈服强度R eL /MPa 抗拉强度R m /MPa 弹性模量E /GPa 断后伸长率A (%)4555107211超高周疲劳试验要求试样轴向一阶固有频率与系统相同，试样几何尺寸需进行严格的设计[6]，从板厚中间位置取样，焊缝区域位于试件的中间以保证接头各部位处于同一应力水平，分别采用中间等收稿日期：2017 − 05 − 03第 39 卷 第 11 期2018 年 11 月焊 接 学 报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol .39(11):114 − 118November 2018截面的圆柱状和板状试样进行试验，具体尺寸如图1b 所示.(a) 焊接方法12.51515.512.510360R573016.2ϕ10ϕ6(b) 试样尺寸 (mm)搅拌针疲劳试件焊接方向（轧制方向）前进侧后退侧图 1 焊接方法与试样尺寸Fig. 1 Welding process and dimensions of the fatiguespecimen表 3 焊接工艺参数Table 3 welding parameters转速n /(r·min −1)焊接速度v /(mm·min −1)倾角Φ/(°)300952.5°对试样表面进行机械抛光，提高表面光洁度，减少表面缺陷对疲劳裂纹萌生的影响. 试验采用天津大学自行研制的超高周疲劳试验装置施加轴向拉–压对称的循环载荷，应力比R =−1，谐振频率约为19.5 kHz ；在室温下进行试验，采用循环水冷却的方式控制试样因振动而导致的升温现象. 试件通过改变电流的大小来控制应力，由应力幅计算公式得到试件的应力范围，由断裂时间和谐振频率求出试件寿命，从而绘制出S-N 曲线.2 试验结果及分析2.1 疲劳S-N 曲线7050铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳试验数据及结果如表4所示，根据数据绘制S-N 曲线如图2所示.表 4 超高周疲劳试验数据Table 4 Experimental data of ultra-high cycle of fatiguetest序号圆棒状板状应力范围Δσ/MPa 疲劳寿命N (106周次)试验结果应力范围Δσ/MPa 疲劳寿命N (106周次)试验结果1130 1 130未断114 1 100未断2136632断裂123368断裂3137 1 200未断131352断裂4144780断裂140279断裂5151801断裂147192断裂6160636断裂158193断裂7167515断裂16687.9断裂8173490断裂173153断裂9176475断裂17597.4断裂10181363断裂184228断裂11181200断裂19072断裂12189212断裂19598.8断裂13195251断裂19917.2断裂1420145.2断裂2054.29断裂1520585.4断裂2122.52断裂1621015.9断裂2134.88断裂172175.34断裂2183.20断裂182262.35断裂2302.22断裂106100120140160180200220240107疲劳寿命 N (周次)圆棒状试样试验点板状试样试验点圆棒状试样 S-N 曲线板状试样 S-N 曲线应力幅度Δσ/M P a 108109图 2 超高周疲劳S-N 曲线Fig. 2 S-N curve of ultrasonic fatigue由图2可以看出，试件在107周次以上仍然会发生疲劳断裂，传统意义上的疲劳极限不存在，随着应力范围的减小，疲劳寿命增加. 疲劳数据涵盖106~109区间, S-N 曲线在108周次左右出现明显的转折点. 在循环周次为106~108时，S-N 曲线连续下降，随着循环周次的增加，疲劳强度缓慢下降；而在这个转折点之后，随着循环周次的增加，试件的疲第 11 期邓彩艳，等：7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能115劳强度下降更加明显，S-N曲线呈现折线型下降，而S-N曲线出现转折点的原因可能与疲劳裂纹萌生机理发生变化有关[7].此外，铝合金焊接接头的疲劳裂纹主要萌生于试件表面，试件的尺寸效应主要体现在危险表面积上.由S-N曲线可知，相比于板状试件，圆棒试件的疲劳强度略高.根据两种类型试件的尺寸计算出圆棒试件的表面积为565.2 mm2，体积为1 695.6 mm3；板状试件的表面积为775.0 mm2，体积为2 062.5 mm3.圆棒试件的表面积和体积均小于板状试件，在试件表面和内部产生裂纹源的可能性低于板状试件，从而导致圆棒试件的疲劳强度较高.2.2 断口形貌与裂纹萌生机理分析为了探究铝合金焊接接头疲劳断裂机理，采用扫描电镜对圆柱状试样的断口表面形貌进行分析，结果表明当应力范围较高时，疲劳裂纹往往从表面起裂，向试样内部扩展.图3a所示为在应力范围为205 MPa加载下的疲劳断口形貌；疲劳断口比较平整，不存在明显的焊接缺陷，疲劳裂纹萌生于试样表面，在循环加载作用下向内部呈辐射状扩展，并最终导致断裂.研究认为，面心立方结构的金属如铝合金在应力较高的循环载荷下，金属表面会产生挤入挤出的痕迹，在一定的循环周次下就会形成表面驻留滑移带(persistent slip band，PSB)，最终引发疲劳裂纹的萌生[8].当应力范围较低时，疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向亚表面或内部的倾向；图3b，3c是应力范围为173，160 MPa试样的疲劳断口，裂纹分别从亚表面和内部起裂, 随着应力幅的降低，大多数晶粒处于弹性变形阶段，只有少数存在应力集中的晶粒会产生塑性变形，表面驻留滑移带的形成受到阻碍；Schwerdt等人[9]研究表明随着循环周次的增加，6056和6082铝合金的裂纹萌生位置从低周和高周范围的试样表面转变为超高周范围的亚表面，亚表面的裂纹萌生机制具有解理小刻面的微观形貌.图3d是应力范围为144 MPa 的试样的疲劳断口，当铝合金搅拌摩擦焊接头内部存在尺寸较大的焊接缺陷如夹杂，未熔合等时，其缺陷处容易成为应力集中的区域，从而导致了裂纹源从表面转向内部.扫描电镜的观察结果表明试件的疲劳断裂可分为表面、亚表面和内部起裂.应力范围较高时，裂纹萌生机制以表面起裂为主，随着应力范围的降低，裂纹源有内部萌生的倾向.然而在低应力幅下，内部萌生疲劳裂纹并不是必然，实际的疲劳过程应是表面起裂机制和内部起裂机制相互竞争的结果.(a) 表面起裂1 mm(b) 亚表面起裂1 mm(c) 内部起裂1 mm(d) 夹杂造成的内部起裂1 mm图 3 疲劳试件断口形貌Fig. 3 Fracture morpology of specimen2.3 疲劳断裂位置铝合金搅拌摩擦焊接头分为焊核区、热力影响区(前进侧和后退侧)、热影响区.试验结果表明，焊接接头的各个位置均可以发生疲劳断裂，疲劳试件断裂位置的统计结果如图4所示.116焊 接 学 报第 39 卷−20106107108109−15−10−50515焊缝中心的距离 d /cm热影响区后退侧焊核区前进侧热影响区母材母材圆棒状试样板状试样疲劳断裂循环周次 N (周次)1020图 4 焊接接头的断裂位置Fig. 4 Fracture location of the FSW joints从断裂位置可以看出，试件基本断裂在焊缝区域，仅有两个试件是在母材区域断裂；断裂于焊缝区域的位置主要集中在热影响区和热力影响区，其中前进侧断裂的试件明显多于后退侧；共有五个试件断裂在焊核区域，值得注意的是断裂位置基本分布在焊核区与热力影响区过渡的区域. 疲劳断裂位置具有的倾向性与焊接接头微观组织的不均匀性密切相关. 为了探究这种现象的原因，采用显微硬度计对焊接接头进行硬度测试，结果如图5所示.−20125130140150155135145160−15−10−50515焊缝中心的距离 d /cm热影响区后退侧焊核区前进侧热影响区母材母材显微维氏硬度 H (H V )1020图 5 焊接接头显微硬度分布Fig. 5 Microhardness distribution of FSW joint硬度测试结果显示：接头区域内，焊核区的硬度值最高，从焊核区两端向外逐渐下降，在热力影响区前进侧和热影响区的融合区域达到了整个接头的硬度最低值，前进侧硬度的平均值稍低于后退侧的硬度平均值. 焊核区的硬度高，在应力范围较高的加载情况下，不易发生软化变形，表面PSB 的形成受阻，表面萌生裂纹的难度加大. 同时结合EBSD 的结果分析[10],焊核区经历了高温和强烈的塑性变形，其晶粒多是由动态再结晶形成的细小等轴晶粒，多晶材料中，晶界对位错的运动具有阻碍作用，是抑制裂纹萌生的重要因素. 同时等轴晶粒中有更多的大角度晶界，其中15°以上的大角度晶界约占76%. 大角度晶界作为能量势垒可以阻碍裂纹的扩展，裂纹的扩展阻力大. 因此，相比于焊接接头的其它区域，断裂在焊核区的试件数量较少；热力影响区由于受到热循环和部分塑性变形的作用，晶粒沿着晶界伸长，大角度晶界约占68%；热影响区只受到热循环的作用，并没有发生塑性变形，其晶粒尺寸有一定程度的增大，大角度晶界约占31%；因此在热力影响区和热影响区的过渡段，由于各部分区域晶粒形状和取向的差别，造成了局部区域变形程度的不均匀，从而容易成为应力集中的场所，在疲劳过程中萌生裂纹. 同时过渡区域的软化现象也利于疲劳裂纹的萌生，相比于后退侧，前进侧的硬度值更低，在疲劳载荷作用下，滑移会在较软部分启动，因此热力影响区的前进侧更容易成为发生疲劳断裂的区域；整体来说，搅拌摩擦焊焊接接头组织的不均匀使热力影响区和热影响区成为焊接接头的薄弱环节.3 结 论(1) 7050铝合金搅拌摩擦焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效，S-N 曲线在108周次左右出现明显的转折点，曲线呈折线型下降，其出现转折点的原因与疲劳裂纹萌生机理发生变化有关.(2) 通过SEM 对超高周疲劳断口形貌进行观察发现，当应力范围较高时，断裂试件的疲劳裂纹往往在表面萌生；随着应力范围的降低，裂纹有在亚表面或内部起裂的倾向. 低应力幅下，实际的裂纹萌生是表面起裂和内部起裂相互竞争的结果.(3) 试件的断裂位置主要位于焊接接头的热力影响区和热影响区，其中前进侧断裂的试件多于后退侧；疲劳断裂的位置与搅拌摩擦焊接接头的组织不均匀性密切相关.参考文献：佟建华, 张 坤, 林 松, 等. 搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析[J]. 焊接学报, 2015, 36(7): 105 −108.Tong Jianhua, Zhang Kun, Lin Song, et al . Comparison of fatigue property of 6082 aluminum alloy joint by friction stir welding and metal inert-gas welding[J]. Transactions of the China Welding In-stitution, 2015, 36(7): 105 − 108.[1]何 超, 崔仕明, 刘永杰, 等. 气孔对铝合金焊接接头超长疲劳[2]第 11 期邓彩艳，等：7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能117寿命的影响[J]. 焊接学报, 2014, 35(11): 18 − 22.He Chao, Cui Shiming, Liu Yongjie, et al . Effect of pore on super long fatigue life of aluminum alloy welded joint[J]. Transactions of the China Welding Institution, 2014, 35(11): 18 − 22.王清远. 超高周加速疲劳实验研究[J]. 四川大学学报, 2002,34(3): 6 − 11.Wang Qingyuan. Accelerated fatigue testing by ultrasonic load-ing[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edi-tion), 2002, 34(3): 6 − 11.[3]Mishra R S, Ma Z Y. Friction stir welding and processing[J]. Ma-terials Science & Engineering R Reports, 2005, 50(1): 1 − 78.[4]Sillapasa K, Surapunt S, Miyashita Y, et al . Tensile and fatiguebehavior of SZ, HAZ and BM in friction stir welded joint of rolled 6N01 aluminum alloy plate[J]. International Journal of Fatigue,2014, 63(63): 162 − 170.[5]吴良晨, 王东坡, 邓彩艳, 等. 超长寿命区间16Mn 钢焊接接头疲劳性能[J]. 焊接学报, 2008, 29(3): 117 − 120.Wu Liangchen, Wang Dongpo, Deng Caiyan, et al . Fatigue prop-erties of welded joints of 16Mn steel in super long life region[J].Transactions of the China Welding Institution, 2008, 29(3): 117 −[6]120.Mughrabi H. On ‘multi-stage’ fatigue life diagrams and the relev-ant life-controlling mechanisms in ultrahigh-cycle fatigue[J]. Fa-tigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2002,25(8-9): 755 − 764.[7]Takahashi Y, Yoshitake H, Nakamichi R, et al . Fatigue limit in-vestigation of 6061-T6 aluminum alloy in giga-cycle regime[J].Materials Science & Engineering A, 2014, 614(614): 243 − 249.[8]Schwerdt D, Pyttel B, Berger C. Fatigue strength and failuremechanisms of wrought aluminium alloys in the VHCF-region considering material and component relevant influencing factors[J]. International Journal of Fatigue, 2011, 33(1): 33 − 41.[9]Deng C, Wang H, Gong B, et al . Effects of microstructural hetero-geneity on very high cycle fatigue properties of 7050-T7451 alu-minum alloy friction stir butt welds[J]. International Journal of Fatigue, 2016, 83: 100 − 108.[10]作者简介：邓彩艳，女，1979年出生，博士研究生，副教授，硕士研究生导师. 主要研究方向为焊接结构断裂及疲劳行为. 发表论文50余篇.Email: dengcy@tju .edu .cn通讯作者：龚宝明，男，副教授. Email: gongbm@tju .edu .cn[上接第113页]Abaqus/CAE User ’s Guide. Abaqus 6.13 Student edition[Z].Abaqus 6.13 Online Documentation, 2013.[10]Fang H Y, Wang T, Jun Feng H U, et al . Node dynamic relaxa-tion method: principle and application[J]. Frontiers of Materials Science, 2011, 5(2): 179 − 195.[11]李雪冰, 王国栋, 王黎明. 网格重画分技术在锥形橡胶堆大变形计算中的应用[J]. 铁道车辆, 2010, 48(11): 5 − 8.Li Xuebing, Wang Guodong, Wang Liming. Application of the remeshing technology in the great deform calculation of cone rub-ber stack[J]. Rolling Stock, 2010, 48(11): 5 − 8.[12]Abaqus Analysis User's Guide. Abaqus 6.13 Student edition[Z].Abaqus 6.13 Online Documentation, 2013.[13]陈连山, 陈兵辉, 安金平. 304L 不锈钢氩弧焊接工艺特点及常见缺陷的防治措施[J]. 石油工程建设, 2008, 34(3): 49 − 50.Chen Lianshan, Chen Binghui, An Jinping. Technological fea-tures of 304L stainless steel argon arc welding and defect preven-tion measures[J]. Petroleum Engineering Construction, 2008,34(3): 49 − 50.[14]IGCAR Data Book. Material properties for design[M]. UK:Uni-versity of Oxford, 1999.[15]王能庆, 童彦刚, 邓德安. 热源形状参数对薄板焊接残余应力和变形的影响[J]. 焊接学报, 2012, 33(12): 97 − 100.Wang Nengqing, Tong Yangang, Deng Dean. Effect of welding heat source parameters on residual stress and distortion in thin plate joint[J]. Transactions of the China Welding Institution, 2012,33(12): 97 − 100.[16]Attarha M J, Sattari-Far I. Study on welding temperature distribu-tion in thin welded plates through experimental measurements and finite element simulation[J]. Journal of Materials Processing Tech,2011, 211(4): 688 − 694.[17]Abaqus Keywords Reference Guide. Abaqus 6.13 Studentedition[Z]. Abaqus 6.13 Online Documentation, 2013.[18]田锡唐. 焊接结构[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1980.[19]作者简介：孙鲁阳，男，1993年出生，硕士研究生. 主要研究方向为奥氏体不锈钢焊接残余应力测试与预测. 发表论文1篇. Email ：sunluyang93@通讯作者：李晓延，男，教授，博士研究生导师. Email ：xyli@bjut .edu .cn118焊 接 学 报第 39 卷。
2000MPa高强度钢的超高周疲劳破坏行为
ｕ ｅ ａ＇ ａ ｓ ｙ ｉｎ ｒｉ ｃ ｕ ｉ ｎ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｆ ｈ ｅ ｅ ｓ ａ ｅ ｎ ｄ ｗ ｔ ｅ ｒ ａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓｒ ｓ ｎ ｅ ｓｔ ａ ｔｒ ｒ ｇ ｒ ｌ ａ ｃ ｕ ｅ ｂ ｎ ｅ ｌ ｓｏ ｒ ｓ ｎ ｅ ｓ ．ｙ ｈ ｐ ；ａ ｉ ｄ ｃ ｅ ｓ ｈ ｔｅ ｓ ｉ ｔｎ ｉ ｆ ｃｏ ａ ｅ ＡＫｉ ａ ｅ ｄ ｎ ｉ ｈ ｎ ｙ ｎ ｔ
维普资讯
第２ ９卷第 ３ 期
２０ ０ ８年 ห้องสมุดไป่ตู้月
特殊 钢
Ｓ Ｅ Ｉ ＴＥ Ｌ Ｐ Ｃ ＡＬ Ｓ Ｅ
Ｖ０ ． ９ Ｎｏ ３ 】２ ． ．
Ｊｎ ２０ ｕ ｅ ０ ８ ・１ ・ ３
２０ ０ＭＰ ０ ａ高强 度 钢 的超 高周 疲 劳 破 坏 行 为
－
赵 海 民 陈思联 郝 立群 惠卫 军 董
瀚 翁 宇庆
（ １钢铁研究 总院先进钢铁材料技术 国家工 程研究 中心 ， 北京 １０ ８ ； ０ ０ １ ２云南 大学 ， 昆明 ６ ０ ９ ； ５０ １ ３中国金属学 会 ， 北京 １０ １ ） ０ ７ １
摘
要
通过 Ｕ Ｆ２ ０ Ｓ －０ ０超声波疲 劳试验机研究 了 ５ ０ｋ ０ ｇ真空 感应 炉 ＋电渣重 熔 冶炼 的２０ ０ＭＰ ０ ａ高强度 钢
杂物处应力场强度 因子 Ａ Ｉ Ｋ 的减小 ， 钢的疲劳寿命 Ⅳ 增加 。 ｆ 关键词 高强 度钢 非金 属夹杂物 超高周疲 劳 破坏行为
Ｆａ ｌ ｅ Ｂｅ ｖ ｏ ｆＵｌｒ — ｉ ｈ Ｃｙ ｌ ｔｇ ｆ ｉ ｕｒ ｈａ ｉ ｒ ｏ ｔ ａ ｈ ｇ ｃ ｅ Ｆａ ｉ ｕｅ ｏ ａ ２ ０ ０ Ｍ Ｐａ Ｇ ｒ ｄ ｇ ｔ ｅ ｔ ｔ ｅ ０ ａ ｅ Ｈｉ ｈ Ｓ ｒ ｎｇ ｈ Ｓ ｅ ｌ
材料力学性能-第五章-金属的疲劳(2)
2021年10月21日 星期四
材料 qf
第五章 金属的疲劳
表5-3 部分材料的qf值
结构钢
粗晶钢 球墨铸铁
0.6~0.8
0.1~0.2 0.11~0.25
灰铸铁 qf<0.05
钢经热处理后强度增加， qf增加。 高周疲劳时，大多数金属对缺口都十分敏
感，在低周疲劳时，对缺口的敏感性较小，主要 是因为低周疲劳时缺口根部已处于塑性区内，产 生了应力松弛，降低了应力集中。
2021年10月21日 星期四
第五章 金属的疲劳
过载持久值
金属材料在高于疲劳极限的
应力下运行时，发生疲劳断裂的
循环周次称为材料的过载持久值，R
也称有限疲劳寿命，它表征了材 料对过载的抗力。
N
图5-12 过载持久值
曲线越陡，过载持久值越高，说明材料在相同 的过载荷下能承受的应力循环周次越多，材料的抗 过载能力越强。
AB曲线上任一点： tan max 2 m 1 r
因此只要知道了r，求得，从O作相应连线 OH，H点的纵坐标即为所求的疲劳极限。
H
A
B
O
m
45
C
min max(min)—m图
AB曲线是不同r下的max，AC曲线是不同r下 的min。此图是脆性材料的疲劳图，对于塑性材料， 应该用屈服强度0.2进行修正。
此题中，m=13，n=4，
故R=1/13× (2×546＋5×519＋5×492＋1×464)=508MPa
2021年10月21日 星期四
第五章 金属的疲劳
测定时注意两个问题：
第一级应力水平要略高于预计的疲劳极限。对于钢
材，R≈0.45b~ 0.5b，建议取1＝0.5b。应力增量 一般为预计疲劳极限的3％~5％，钢材取
【国家自然科学基金】_超声疲劳试验_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
科研热词 推荐指数 超高周疲劳 2 疲劳 2 微观结构 2 弯曲疲劳 2 高强度钢 1 非线性超声 1 镁合金 1 超声非线性 1 超声疲劳实验 1 超声激励 1 超声 1 薄片 1 结构健康监测 1 红外热成像 1 疲劳裂纹 1 疲劳损伤 1 疲劳强度 1 材料性能退化 1 有限元法 1 损伤检测 1 损伤扩展 1 应力-寿命(s-n)曲线 1 导波 1 复合材料层合板 1 复合材料 1 变幅疲劳性能 1 厚梁 1 剩余压缩强度 1 低速冲击 1 低压渗碳 1 位错 1 tc17合金 1 corten-dolan累积损伤准则 1 coaxing效应 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词 超高周疲劳 超声疲劳试验 焊接接头 s-n曲线 超长寿命 超声电机 超声波速 裂纹 砂岩 疲劳试验 疲劳损伤 疲劳性能 曲线拟合 循环荷载 弯曲疲劳 应力比 工作阶段 岩石力学 tial合金 gcr15钢 gbf 20 khz
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
2011年 科研热词 超高周疲劳 疲劳损伤 疲劳寿命 焊接接头 非线性超声 非线性 铸铝合金 转向架 超声疲劳振动技术 超声疲劳 超声强化 超声冲击处理 超声冲击 船舶、舰船工程 疲劳测试 疲劳强度 焊接残余应力 潜艇锥柱结构 消除 有限元法 无损评价 断口特征 损伤模型 损伤变量 扭转载荷 扭转疲劳 应力-寿命曲线 塑性变形 再生混凝土 s-n曲线 rayleigh波 az31镁合金 300m钢 推荐指数 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
混凝土结构的疲劳性能评估方法
混凝土结构的疲劳性能评估方法一、前言混凝土结构是建筑中常见的结构之一，而疲劳是混凝土结构在使用过程中常见的问题之一。
疲劳会导致混凝土结构的损坏和失效，因此评估混凝土结构的疲劳性能是必要的。
本文旨在介绍混凝土结构疲劳性能评估的方法。
二、疲劳的概念和分类疲劳是指材料或结构在受到交替或周期性荷载作用下，经过一定次数的循环荷载后产生的变形和损伤。
混凝土结构的疲劳主要分为高周疲劳和低周疲劳两种。
1.高周疲劳高周疲劳是指在频率较高（大于10Hz）的循环荷载下，混凝土结构受到的疲劳损伤。
高周疲劳对混凝土结构的影响主要是引起裂缝的产生和扩展。
2.低周疲劳低周疲劳是指在频率较低（小于10Hz）的循环荷载下，混凝土结构受到的疲劳损伤。
低周疲劳对混凝土结构的影响主要是引起变形和破坏。
三、疲劳性能评估方法评估混凝土结构的疲劳性能需要进行疲劳试验和分析。
下面分别介绍疲劳试验和分析的具体方法。
1.疲劳试验疲劳试验是评估混凝土结构疲劳性能的重要手段。
疲劳试验需要在实验室中进行，其具体方法如下：（1）试件制备：按照规定的尺寸、材料和配合比制备试件。
（2）荷载加载：按照规定的荷载幅值、频率和循环次数进行荷载加载。
（3）观察记录：观察记录试件的变形和损伤情况，包括裂缝产生和扩展、变形增量等。
（4）分析结果：根据试验结果，分析试件的疲劳性能，包括疲劳寿命、疲劳裂缝扩展速率等指标。
2.疲劳分析疲劳分析是评估混凝土结构疲劳性能的重要手段。
疲劳分析需要进行理论分析和计算，其具体方法如下：（1）建立模型：建立混凝土结构的有限元模型，并根据荷载幅值、频率和循环次数进行模拟加载。
（2）分析结果：根据模拟结果，分析结构的疲劳性能，包括疲劳寿命、疲劳裂缝扩展速率等指标。
（3）修正参数：根据试验结果和分析结果，对模型进行修正和调整，以提高分析精度。
四、疲劳性能评估指标疲劳性能评估需要依据一定的指标进行。
下面介绍常用的疲劳性能评估指标。
1.疲劳寿命疲劳寿命是指混凝土结构在循环荷载下能够承受的循环次数。
钛合金超高周疲劳性能试验研究
能器 ： 将 电源提供 的电信 号转变为机 械振动 ； （ ３ ） 位移 放 大器 ： 放 大来 自换 能器 的振 动 位移 幅 值 ， 使 试 样 获 得 所需 的应 变 幅值 。试 验 过程 中采 用 压 缩空 气对 试
样进 行冷却 ， 应力 比 Ｒ＝一１ ． ０ ， 频率 ２ ０ ｋ Ｈ ｚ 。
１ ． ３ 试 验 设 备
疲劳试 验采用超声疲 劳试验 系统进行 ， 主要包 含
）
（ ３ ）
三部分 ： （ １ ） 超声 频率 发 生器 ： 将５ ０ Ｈ ｚ 的 电信 号转 换
为２ ０ ｋ Ｈｚ 的超 声正弦 波 电信 号输 出； （ ２ ） 压 电 陶瓷换
式中 ， 为随机变量 ， ， ｏ ｒ 分 别 为样 本 的平 均 值 和 标 准差 。对式 （ ３ ） 变换 可 得
Ｐ （ １ ｇ ｘ ）＝ （
【 『
式中 ， Ｃ 为 试 样 振 动 位 移 应 力 系数 ，Ｍ Ｐ ａ ／ ￣ ｘ ｍ。 对
于 不 同的载 荷 幅值 ， 最 大 应 力 不 同。根 据 谐 响应 分
析输 入位 移 和分 析得 到 的最 大应 力 的值 Ｃ ＝ ４ ４ 。
下的Ｓ ． Ⅳ曲线称之 为 ｐ ． Ｓ ． Ⅳ 曲 线 。在 进 行 疲 劳 设
计时 ， 可根 据 所 需 的 存 活 概 率 Ｐ ， 利 用 与 其 对 应 的 试 样最 大应 力截 面上 的应 力 幅值 Ｊ ｓ … 与试 样 端
部 输人 位移 幅 Ａ 。 之 间满 足正 比关 系 ，
Ｓ … ＝Ｃ Ａ 。 （ ２ ）
２ ． ２ ｐ － ・ Ⅳ 曲 线 确 定
由于疲 劳 试 验 数 据 的 分 散 性 ， 试 样 疲 劳 寿 命 与应 力 水 平 间 的关 系 ， 并 不 是 一 一 对 应 的 单 值 关 系， 而 是 与存 活 概 率 Ｐ有 着 密 切 的 关 系 ， 即 可 以 根
304不锈钢的超高周疲劳性能
304不锈钢的超高周疲劳性能
张真源;王弘
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2008(032)001
【摘要】采用超声疲劳试验技术对304不锈钢超高周疲劳性能进行了研究,并用扫描电镜对疲劳断口进行了分析.结果表明:304不锈钢在105～1010周次范围内的S-N曲线呈阶梯型下降趋势;在106～108周次出现平台,平台对应应力幅约为200 MPa;在平台应力以下,108周次以上超高周范围304不锈钢仍然发生疲劳断裂,不存在传统意义的疲劳强度;高周和超高周断裂试样的裂纹主要从试样表面萌生.【总页数】3页(P79-80,83)
【作者】张真源;王弘
【作者单位】西南交通大学应用力学与工程系,四川,成都,610031;西南交通大学应用力学与工程系,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】TGL46.1
【相关文献】
1.304不锈钢超高周疲劳试验裂尖马氏体相变 [J], 张真源;李杰
2.P043-抑制304不锈钢腐蚀及抑制后304不锈钢弯曲性能声发射检测的应用推广 [J], 张莹;
3.缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响 [J], 彭川;王弘
4.缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响 [J], 彭川;王弘
5.表面处理对动车组用铝合金焊接接头超高周疲劳性能的影响 [J], 何柏林;王永祥;金辉;李力
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
压力容器疲劳02
4、日本超高压容器设计规则（HPIS-C-103-1989）中的疲劳曲线（1）理论基础Langer公式：1100ln 100a E S σψ-=+-试验：针对三个级别的材料，确定Langer 公式的材料常数，如下表。
适用范围：交变载荷100-1000MPa ； 壁温-50-350℃最佳疲劳曲线：40.540.540.54.52103144.58103993.9210481a f a f a fS N S NS N---=⨯⨯+=⨯⨯+=⨯⨯+设计疲劳曲线：在最佳疲劳曲线基础上考虑安全系数和E 350后求得。
原则上，寿命次数取安全系数15，对应力幅取安全系数1.6。
（2）圆筒的疲劳设计计算 对象：内压圆筒无侧向开孔 a 、交变应力幅按最大剪应力强度理论求得如下（不计自增强残余应力）：21322211()()221()1a u e u e u e K S p p p p K Kp p K σσ⎡⎤-+==---+⎢⎥-⎣⎦=--p u ，p e ----上限压力与下限压力，MPa 。
b.内壁平均应力()221Rm u e K p p K θσσ=-+- 平均应力的真实值----实际疲劳寿命计算中所用的平均应力值为：////20,00a m sa sa m s m mm m s a a m s a s mm a s m ifandthenandσσσσσσσσσσσσσσσσσσσσσσσσ+≤≤+≤⇒=⎧>⇒=-⎪+><⇒⎨⎪<⇒=⎩=⇒=c.当量交变应力幅/1aeq m bσσσσ=-d.循环次数根据当量交变应力幅查S-N 曲线，可得设计（许用）循环次数。
注：自增强残余应力和热应力可组合到平均应力中去，但要考虑自增强残余应力在使用中的衰减。
5、影响低周疲劳的因素（1）疲劳曲线是基于标准试件得到的。
标准试样及试验：6-10mm 圆棒，表面磨光，无刻痕、凹槽，夹持端和试件标长段有足够大的圆角过渡；试验是在室温、无腐蚀、辐射等环境下，以及对称循环载荷下进行的。
金属材料高周疲劳试样标准
金属材料高周疲劳试样标准金属材料的高周疲劳性能是评价其耐久性和可靠性的重要指标之一。
为了准确评定金属材料的高周疲劳特性，需要进行高周疲劳试验，而试样的标准化则是保证试验结果准确可靠的重要前提。
下面就制作一份关于金属材料高周疲劳试样标准的文档，全文大约2000字。
---金属材料高周疲劳试样标准1. 引言金属材料在工程结构中承受长期的变化载荷，不同材料的高周疲劳性能对结构的使用寿命和安全性具有重要影响。
为了准确评定金属材料的高周疲劳特性，需要进行高周疲劳试验。
而试样的标准化对于保证试验结果的准确性和可靠性至关重要。
2. 高周疲劳试验的目的高周疲劳试验的主要目的是评定金属材料在高周疲劳加载条件下的抗疲劳性能。
通过试验，可以获取金属材料在高周疲劳加载下的疲劳寿命、双曲线等疲劳性能曲线，为工程设计和材料选用提供科学依据。
3. 高周疲劳试验试样的标准化为了保证高周疲劳试验的可比性和可靠性，试样的标准化是必不可少的。
以下是针对金属材料高周疲劳试验试样的标准化要求：3.1 试样准备(1) 试样应具有代表性，需满足金属材料的组织特征和力学性能要求。
(2) 试样的几何尺寸和形状应符合标准规定，通常采用圆形或矩形截面。
(3) 试样表面应光洁平整，不得有明显的缺陷和损伤。
3.2 试验加载条件(1) 试验加载应符合高周疲劳加载条件，通常包括正弦波载荷、脉冲波载荷等。
(2) 载荷频率应符合标准规定，通常为20Hz或更高。
(3) 试验温度应符合标准规定，通常为室温条件。
3.3 试验过程和数据处理(1) 试验设备应满足国家标准要求，包括试验机的精度和稳定性等。
(2) 试验过程应记录详细，包括载荷大小、试验时间、试样表面温度等。
(3) 试验数据应进行准确处理和分析，包括疲劳寿命、应力-应变曲线等指标。
4. 高周疲劳试验试样标准的意义和影响高周疲劳试验试样的标准化对于金属材料的高周疲劳性能评定、材料选用和工程设计具有重要意义和影响：(1) 保证试验结果的可比性和可靠性，为不同材料的比较提供基础数据。
GCr15钢超高周疲劳行为的研究的开题报告
GCr15钢超高周疲劳行为的研究的开题报告一、研究背景与意义GCr15钢是一种高强度、高刚度、高耐磨的结构钢材，广泛应用于机械制造、汽车工业、航空航天等领域。
然而，在实际使用过程中，GCr15钢易受到超高周疲劳的影响，限制了其使用寿命和可靠性。
因此，研究GCr15钢的超高周疲劳行为，对于提高其使用寿命和可靠性具有重要的理论和实际意义。
目前，国内外学者对于GCr15钢的超高周疲劳行为进行了一定的研究，但其机理仍不十分清晰，存在着一定的不确定性。
因此，深入研究GCr15钢的超高周疲劳行为，揭示其机理，对于发展高性能的GCr15钢具有重要的意义。
二、研究内容本文拟从以下两个方面进行研究：1. GCr15钢的超高周疲劳寿命通过超高周疲劳试验，测量GCr15钢的疲劳寿命，分析其与材料的微观结构、应力水平、载荷频率等因素的关系，探究其疲劳机理。
2. GCr15钢的疲劳裂纹扩展行为通过SEM等手段观察和分析GCr15钢的疲劳裂纹扩展行为，研究其与材料的显微结构、载荷频率、应力水平、环境温度等因素的关系，揭示GCr15钢的疲劳裂纹扩展机制。
三、研究方法本文主要采用以下方法进行研究：1. 超高周疲劳试验使用电涡流、微机控制等设备进行GCr15钢的超高周疲劳试验，获得其疲劳寿命数据。
2. 显微结构分析使用SEM、TEM等显微结构手段观察和分析GCr15钢的显微结构，了解其组织特征和缺陷情况。
3. 疲劳裂纹扩展试验通过疲劳裂纹扩展试验，观察和分析GCr15钢的裂纹扩展特征，研究其与材料和环境因素的关系。
四、预期成果1. 明确GCr15钢的超高周疲劳行为机理，为探索其高性能革新提供理论依据。
2. 揭示GCr15钢的疲劳裂纹扩展机制，为疲劳寿命评估提供依据。
3. 提高GCr15钢的使用寿命和可靠性，推进其在机械制造、汽车工业、航空航天等领域的应用。
Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究
Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究刘汉青;黄志勇;王清远【期刊名称】《工程科学与技术》【年(卷),期】2017(049)006【摘要】双相钢Q345多用于建筑或机械结构的承力构件，循环载荷的长期作用使得构件在低于其静强度的载荷条件下发生疲劳断裂，经济可靠的强度设计需要对材料的疲劳失效进行研究。
作者利用电磁谐振高频疲劳试验机，在载荷频率140Hz、应力比为-1条件下，得到不同失效概率时材料高周疲劳（10^4。
周次〈疲劳寿命〈10饲次）应力二寿命（S-N）曲线。
利用扫描电子显微镜观察材料受到循环载荷作用后的显微结构的变化和疲劳失效后试样的断面微观形貌，研究材料疲劳裂纹的萌生和扩展。
同时，利用红外热像仪记录Q345试样表面的温度场随循环载荷作用周次的变化，研究材料在高频循环载荷作用下的固有耗散能。
双相钢Q345在高频循环载荷作用下的疲劳失效主要是由于铁素体一珠光体双相结构在循环载荷作用下的微观强度差异使得微观裂纹首先萌生于相对薄弱的铁素体晶粒，且随循环载荷周次的增加而裂纹逐渐扩展。
珠光体晶粒对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用，使得疲劳裂纹沿铁索体或铁素体与珠光体之间的晶界向前扩展。
当载荷幅值低于其高周疲劳极限时，试样表面温升不明显；有限寿命的载荷条件下，试样表面温度场的变化受到材料微观变形的影响，基于试样表面温度场的变化，能快速确定材料的高周疲劳强度极限。
高频循环载荷作用下，单位体积材料的固有耗散能与载荷之间呈非线性关系，在热力学框架内建立了材料的固有耗散能表征模型。
【总页数】6页(P157-162)【作者】刘汉青;黄志勇;王清远【作者单位】[1]四川大学空天科学与工程学院,四川成都610065;;[1]四川大学空天科学与工程学院,四川成都610065;;[1]四川大学空天科学与工程学院,四川成都610065;[2]四川大学建筑与环境学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】O346【相关文献】1.Q345高周疲劳失效机理及固有耗散能研究 [J], 刘汉青;黄志勇;王清远2.一种高强度钢的超高周疲劳及热耗散研究 [J], 邵闯;BATHIASCloude;WAGNER Danièle;陶华;薛红前3.TA2,Q345及其爆炸复合板高周疲劳性能研究 [J], 孙倩;张霞;张罡;崔小玉;范蕙萍;田娇4.汽车用高强度钢高周疲劳断裂失效机理研究 [J], 唐秀丽5.Q345/SUS304异种钢焊接接头固有应变的变化规律研究 [J], 李元泰;吴华鑫;董斌;肖慎翀因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超高周疲劳2
ODA现象
Murakami: ODA Shiozawa: GBF (Granular
Bright Facet) Sakai: FGA (Fine Granular Area) Tanaka: FCT (FaCeT) Ochi: RSA (Rough Surface Area)
低应力、长寿命区(通常>106 cyc)
Dr. J E Alison, Prof J W Jones, Dr J M larsen, Prof R O Ritchie
From the second conference, it was agreed that the conference would be held every three years under the name “Very High Cycle Fatigue”
于材料的弹性极限，应 力和应变曲线呈非线性
关系；应变幅控制。
高周疲劳：加载应力相
Internal fatigue limit
对较低，试样处于弹性 范围，应力和应变呈正
比关系；应力幅控制。
超高周疲劳：加载应力 105 106 107 108 109
Cycles to failure
幅可能远低于传统的疲
金属材料超高周(108~1010 周次)疲劳破坏行为
超长寿命金属材料的研发
快速检测金属材料中的非 金属夹杂物和微小缺陷
试验频率与试样发热问题
试验方法标准化问题
可采用附属专用软件完成试样 尺寸的计算、实验应力的设定 和实验数据的采集等。
疲劳试验设备—旋转弯曲疲劳试验机
载荷比R=-1，控制参 量为载荷；
109 3×108 1012
【国家自然科学基金】_超高周疲劳_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
科研热词 超高周疲劳 s-n曲线 超声疲劳试验 裂纹 焊接接头 弯曲疲劳 应力比 tial合金 gcr15钢 gbf 20 khz
推荐指数 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 100cr6
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
科研热词 推荐指数 超高周疲劳 2 弯曲疲劳 2 高强度钢 1 超高韧性水泥基复合材料 1 超声疲劳实验 1 超声 1 薄片 1 破坏形式 1 疲劳强度 1 疲劳寿命方程 1 焊接接头 1 断口分析 1 微观结构 1 弯曲疲劳试验 1 应力-寿命(s-n)曲线 1 变形特征 1 低压渗碳 1 tc4 1 tc17合金 1 s-n曲线 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
科研热词 超高周疲劳 鱼眼 高强度钢 超声疲劳 红外成像 疲劳破坏 疲劳极限 加速试验方法
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
2011年 科研热词 超高周疲劳 疲劳测试 铸铝合金 钛合金 超声疲 断口特征 扭转载荷 扭转疲劳 应力-寿命曲线 始裂门槛值 体液浸泡 s-n曲线 paris公式 推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词 超高周疲劳 镁合金 钛合金 裂纹萌生 裂纹扩展寿命 拉伸孪晶 弯曲疲劳 平截面假定 复合梁 三阶段变形 s-n双对数曲线 p-s-n曲线
40Cr钢超高周疲劳性能及疲劳断口分析
基金项目 : 四川省重点实验室开放基金资助项目 [ X JJQZ (2002) 1 号 ] ; 四川省应用基础研究基金资助项目 [ 02 GY0292028 ]
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
7
试验载荷为轴向拉压对称循环载荷 , 载荷频率 20 kHz , 应力比 R = - 1 。试验环境温度为室温 , 试 件振动时 , 由于吸收超声振动能和材料的内磨擦 , 发生升温现象 , 试验过程中用水对试样进行冷却 。 超声疲劳试样的机械加工工艺要求与常规疲劳 试样相同 , 中间试验段经纵向研磨 , 其表面光洁度 达到 Ra = 0132 μ m ～0164 μ m。 疲劳断口微观形貌分析在 philip2XL30 扫描电子 显微镜上进行 。
( 10)
c =
( x) ω S′ ,K = , S ( x) c
Ed
超声疲劳研究的疲劳寿命范围在 10 周次以上 ,
( 2)
4
ω π ρ , = 2 f
其应力幅值远低于材料的屈服强度 , 因此认为试验 应力与应变满足线性关系 。由式 ( 7) 可获得试样 内沿轴向横截面的应力及应变分布 : ( ) ε( x ) = d U x dx σ( x ) = Edε( x ) 在 x = 0 处 , 应力 ( 应变) 最大 : φ σ max = A 0 Edβ
L 1 , R1 , R2 定义如图 2 所示 。横截面面积沿轴向的
变化为 : 2 S ( x) = π R2 L1 < x ≤L 2 2 S ( x) = π R1 cos h (α x) x ≤ L 1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
于材料的弹性极限，应 力和应变曲线呈非线性
关系；应变幅控制。
高周疲劳：加载应力相
Internal fatigue limit
对较低，试样处于弹性 范围，应力和应变呈正
比关系；应力幅控制。
超高周疲劳：加载应力 105 106 107 108 109
Cycles to failure
幅可能远低于传统的疲
24 μm
3.6 μm
Granular bright facet (GBF)
超高周疲劳破坏—基本特征
九州大学 村上敬宜 ➢首次发现ODA现象
ODA(Optically Dark Area)
低周疲劳 高周疲劳 超高周疲劳
劳极限；断裂机理不尽 相同。
讲座提纲
疲劳破坏现象简介 超高周疲劳破坏基本特征及其试验方法 超高周疲劳破坏的主要影响因素
➢非金属夹杂物的影响 ➢环境因素的影响 ➢微观组织的影响
超长疲劳寿命高强度钢的开发应用
➢非调质钢 ➢高强度螺栓钢 ➢高强度弹簧钢
超高周疲劳破坏—基本特征
1700
Ref. CISRI—973 Ⅰ期
疲劳破坏&延迟断裂引起灾难性后果
人员和财产的损失相当惊人!!! 美国和欧盟的近期调查表明,每年因破坏事故所引
起的经济损失占当年GDP的4%!
欧盟 $2000亿/年 美国 $1190亿/年 中国 ?
问 题:
➢ 随着现代科学技术的高度发展,为何由疲劳和延迟断裂 所引起的事故仍然如此频繁?
中国金属学会专题培训班 提高冶金质量和钢材使用寿命的新品种开发
钢铁材料的超长疲劳寿命化技术
钢铁研究总院 先进钢铁材料技术国家工程研究中心
惠卫军 wjhui@, 北京学院南路76号
2009年6月22-25日 北京
高强度化面临的挑战
Property
Fatigue Property
Delayed Fracture
传统疲劳数据往往局限于≤107 周次
许多部件如发动机部件、汽车承力运动部件、铁路 车轮和轨道、飞机、海岸结构、桥梁、特殊医疗设 备等，要求承受108～1012周次的循环载荷而不发 生断裂
部件 名称
服役期/条件
寿命要求 /周次
涡轮发 电机
20年
1010
新干线 车轮
轿车 车轮
蒸汽涡 轮叶片
10年 30万公里
按载荷工况和工作环境：机械(常规)疲劳；蠕变疲 劳；热机械疲劳；腐蚀疲劳；滑动/滚动接触疲劳； 微动疲劳；冲击疲劳；……
按研究对象：材料疲劳；结构疲劳 按循环周次：低周疲劳；高周疲劳；超高周疲劳
疲劳破坏现象—类别
Stress Amplitude
低周疲劳：应力水平高
Surface fatigue limit
疲劳断口典型特征
表面起裂 裂纹源 裂纹扩展
高周疲劳
内部基体起裂 超高周疲劳
夹杂物起裂
夹杂物起裂
疲劳断口典型特征
“鱼眼”型疲劳断口示意图
试样表面
ρ
d inc
Fish-eye
GBF √area GBF
超高周疲劳条件下， 疲劳寿命大部分消耗 在断裂源附近的GBF 区域(或ODA)
Inclusion √area inc
R O Ritchie. Report to the Japan Society for the Promotion of Science, 2001
讲座提纲
疲劳破坏现象简介 超高周疲劳破坏基本特征及其试验方法 超高周疲劳破坏的主要影响因素
➢非金属夹杂物的影响 ➢环境因素的影响 ➢微观组织的影响
超长疲劳寿命高强度钢的开发应用
Delayed Fracture Strength σc/MPa DFSR
1500
0.6
1000
0.4
500
Bolt type test in water,Kt=10
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Tensile Strength/MPa
Ref. 松山晋作：遅れ断裂
0.2
0 1200
1300 1400 1500 1600 Tensile strength/MPa
➢非调质钢 ➢高强度螺栓钢 ➢高强度弹簧钢
疲劳破坏现象—概念
疲劳…Fatigue…Fatigäre 常指人们的身心劳累； 在工程词汇中用以表达材料在循环载荷作用下的损
伤和破坏。 ISO(1964年)“金属疲劳试验的一般原理”：金属
材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化 称作疲劳；虽然在一般情况下，这个术语特指那些 导致开裂或破坏的性能变化。
材料将不发生疲劳破坏，
105 106 107 108 109
即材料有无限寿命。
Cycles to failure
超高周疲劳断裂机理与传统 疲劳破坏的机理有所不同，
近来研究结果表明，材料 在大于107周次内仍发生疲
在超长寿命区，材料的疲劳
劳断裂，并且应力幅可能
断裂主要起源于材料内部。
远低于传统疲劳极限。
世界上第一架民用喷气飞机彗星号的一系列失事 1953.5.2；1954.1.10；1954.4.8 每次飞行中由于座舱反复增压和减压，使机身 的金属蒙皮承受了疲劳应力的循环作用； 旅客座舱窗户附近的铆钉孔的应力集中促进了 疲劳开裂。
疲劳破坏现象—类别
疲劳破坏由于受外加应力、应变的波动变化 和周围环境的影响，表现为不同的形式：
疲劳破坏现象—危害性
磨损、腐蚀和断裂是机械零件和工 程构件的三种主要破坏形式，其中 尤以断裂更受重视。
飞机、船舶、汽车、各种工程机械 等的主要零件和构件，大多在变动 载荷下工作，疲劳破坏是其主要的 失效形式。
据统计，疲劳破坏在整个失效件中 约占50～90 %左右，危害性极大。
疲劳破坏现象—实例
Strengthening & Toughening
800
1200
1500
2000
Strength/MPa
高强度化面临的挑战之一 －延迟断裂
2500 4340
0.4C-SiMnCrMo SCM4
1
SCM22
0.2C-MnCr
MnCr
0.3C-CrMo
SNCM26
NiCrTi
4320
2000
0.8
ADF1 42CrMo 8740#
109 3×108 1012
生物医学用 海岸 不锈钢管 结构
直升机 齿轮
5,000h
5×1010 1010 109
超高周疲劳破坏
Stress Amplitude
表面疲劳(微裂纹扩展)
表面疲劳强度
内部疲劳
通常认为，材料在107周次
(微裂纹萌生、扩展)
内部疲劳强度
附近往往存在一疲劳极限， 应力幅低于该疲劳极限，