開展了兩種不同熱處理（550℃×20 h,580℃×20 h）的25Cr2Ni2MoV鋼在應(yīng)力比R為0.1、0.3、0.5和0.7時(shí)的疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn),分析了疲勞門檻值ΔK_th的變化規(guī)律及其微觀機(jī)理。研究結(jié)果表明,ΔK_th隨R增大而減小,在較低R下熱處理對(duì)ΔKth有不同程度的影響,在較高R下熱處理影響不大。斷口觀察表明,低R下試樣存在大量面型斷裂形貌,隨R增大面型斷裂形貌逐漸減少,面型斷裂百分比隨ΔK變化呈現(xiàn)拋物線分布規(guī)律。R與微觀組織是影響ΔK_th的重要因素,在較高R下裂紋閉合減弱,ΔK_th代表著材料的抗疲勞能力,可以認(rèn)為是材料的固有屬性,并建立了估算公式。 

【文章來(lái)源】：機(jī)械強(qiáng)度. 2020,42(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

面型斷裂百分比與ΔK的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)研究材料為25Cr2Ni2Mo V轉(zhuǎn)子鋼，化學(xué)成分(wt%)為:C≤0.30,Cr 0.43～0.55,Ni 0.82～0.93,Mo 0.84～1.05,V 0.32～0.39，余量為Fe。該材料經(jīng)過了550℃和580℃溫度下保溫20 h兩種不同的熱處理方式，圖1為兩種熱處理?xiàng)l件下的微觀組織�？梢钥闯�，550℃×20 h熱處理組織為回火馬氏體與鐵素體，580℃×20 h熱處理后的組織為回火馬氏體、鐵素體和少量回火貝氏體，熱處理對(duì)微觀組織的影響不大。疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用緊湊拉伸試樣(B=12.5 mm,a/W=0.5)，應(yīng)力比R為0.1、0.3、0.5和0.7。試驗(yàn)前在R=0.1下預(yù)制疲勞裂紋3 mm，預(yù)制裂紋采用逐級(jí)降載法，每級(jí)降載幅度5%，每級(jí)載荷下控制裂紋增長(zhǎng)約1 mm。疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)初始的應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK，需要高于預(yù)制裂紋結(jié)束時(shí)的ΔK。本研究中，疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段，分別是降K階段、升K階段和恒載荷幅階段。降K階段按照《GBT 6398-2000金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，分級(jí)降載百分比保持在5%，同時(shí)保證每級(jí)載荷下裂紋擴(kuò)展量是上一級(jí)載荷下塑性區(qū)尺寸的4～6倍，直到疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/d N接近門檻值ΔKth(ΔKth定義為da/d N為10-7mm/cycle時(shí)對(duì)應(yīng)的ΔK)。升K階段主要作用是補(bǔ)充和驗(yàn)證降載階段的數(shù)據(jù)點(diǎn)，每級(jí)力增幅也保持在5%。當(dāng)升載的ΔK達(dá)到裂紋擴(kuò)展初始降載的ΔK時(shí)，開展恒幅加載試驗(yàn)，以獲得Paris區(qū)的疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用掃描電鏡觀察斷口形貌，分析斷裂機(jī)理的變化。以R=0.1、熱處理為550℃×20 h的試驗(yàn)結(jié)果為例，降K階段、升K階段和恒載荷幅階段在da/d N-ΔK曲線上的數(shù)據(jù)如圖2所示�？梢钥闯�，降K試驗(yàn)與升K實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)良好的重合性，表明了疲勞試驗(yàn)方法的可靠性。各階段的測(cè)試均在同一試樣上完成，能夠得到從近門檻值區(qū)到Paris區(qū)完整的疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù);相對(duì)于采用多個(gè)試樣獲得不同階段加載，這種方法也可有效降低多種加載程序帶來(lái)的數(shù)據(jù)分散性�？紤]到試驗(yàn)過程程序繁瑣，每個(gè)應(yīng)力比的測(cè)試采用一個(gè)試樣完成，通過保證裂紋擴(kuò)展量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，來(lái)保證能夠較好地呈現(xiàn)應(yīng)力比對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展的影響規(guī)律。

疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用緊湊拉伸試樣(B=12.5 mm,a/W=0.5)，應(yīng)力比R為0.1、0.3、0.5和0.7。試驗(yàn)前在R=0.1下預(yù)制疲勞裂紋3 mm，預(yù)制裂紋采用逐級(jí)降載法，每級(jí)降載幅度5%，每級(jí)載荷下控制裂紋增長(zhǎng)約1 mm。疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)初始的應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK，需要高于預(yù)制裂紋結(jié)束時(shí)的ΔK。本研究中，疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段，分別是降K階段、升K階段和恒載荷幅階段。降K階段按照《GBT 6398-2000金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，分級(jí)降載百分比保持在5%，同時(shí)保證每級(jí)載荷下裂紋擴(kuò)展量是上一級(jí)載荷下塑性區(qū)尺寸的4～6倍，直到疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/d N接近門檻值ΔKth(ΔKth定義為da/d N為10-7mm/cycle時(shí)對(duì)應(yīng)的ΔK)。升K階段主要作用是補(bǔ)充和驗(yàn)證降載階段的數(shù)據(jù)點(diǎn)，每級(jí)力增幅也保持在5%。當(dāng)升載的ΔK達(dá)到裂紋擴(kuò)展初始降載的ΔK時(shí)，開展恒幅加載試驗(yàn)，以獲得Paris區(qū)的疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用掃描電鏡觀察斷口形貌，分析斷裂機(jī)理的變化。以R=0.1、熱處理為550℃×20 h的試驗(yàn)結(jié)果為例，降K階段、升K階段和恒載荷幅階段在da/d N-ΔK曲線上的數(shù)據(jù)如圖2所示�？梢钥闯�，降K試驗(yàn)與升K實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)良好的重合性，表明了疲勞試驗(yàn)方法的可靠性。各階段的測(cè)試均在同一試樣上完成，能夠得到從近門檻值區(qū)到Paris區(qū)完整的疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù);相對(duì)于采用多個(gè)試樣獲得不同階段加載，這種方法也可有效降低多種加載程序帶來(lái)的數(shù)據(jù)分散性�？紤]到試驗(yàn)過程程序繁瑣，每個(gè)應(yīng)力比的測(cè)試采用一個(gè)試樣完成，通過保證裂紋擴(kuò)展量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，來(lái)保證能夠較好地呈現(xiàn)應(yīng)力比對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展的影響規(guī)律。2 結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Effect of Stress Ratio on the Fatigue Crack Propagation Behavior of the Nickel-based GH4169 Alloy[J]. Shen Ye,Jian-Guo Gong,Xian-Cheng Zhang,Shan-Tung Tu,Cheng-Cheng Zhang.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(09)
[2]應(yīng)力比對(duì)25Cr2Ni2MoV鋼焊接接頭近門檻值區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的影響[J]. 杜彥楠,朱明亮,軒福貞.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(08)
[3]NiCrMoV鋼汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子模擬件接頭低周疲勞性能研究[J]. 曹彬,蔡志鵬,潘際鑾,喬尚飛,劉霞,沈紅衛(wèi).  熱力透平. 2012(04)
[4]TC11和TC4鈦合金室溫/400℃疲勞裂紋擴(kuò)展特性研究[J]. 黃新躍,張仕朝,魯原,于慧臣.  航空材料學(xué)報(bào). 2011(05)
[5]基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值研究[J]. 朱明亮,軒福貞,梅林波,王思玉.  機(jī)械強(qiáng)度. 2010(05)
[6]疲勞近門檻值區(qū)裂紋擴(kuò)展模式變化的試驗(yàn)研究[J]. 朱明亮,軒福貞,安春香.  壓力容器. 2009(08)
[7]熱處理對(duì)25Cr2NiMo1V鋼疲勞特性的影響[J]. 朱明亮,軒福貞,朱奎龍,王國(guó)珍,賈天耀.  金屬學(xué)報(bào). 2009(03)



本文編號(hào)：3402090