25Cr2Ni2MoV钢的固有疲劳门槛值
发布时间：2021-09-19 18:07
开展了两种不同热处理（550℃×20 h,580℃×20 h）的25Cr2Ni2MoV钢在应力比R为0.1、0.3、0.5和0.7时的疲劳裂纹扩展实验,分析了疲劳门槛值ΔKth的变化规律及其微观机理。研究结果表明,ΔKth随R增大而减小,在较低R下热处理对ΔKth有不同程度的影响,在较高R下热处理影响不大。断口观察表明,低R下试样存在大量面型断裂形貌,随R增大面型断裂形貌逐渐减少,面型断裂百分比随ΔK变化呈现抛物线分布规律。R与微观组织是影响ΔKth的重要因素,在较高R下裂纹闭合减弱,ΔKth代表着材料的抗疲劳能力,可以认为是材料的固有属性,并建立了估算公式。
【文章来源】：机械强度. 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
面型断裂百分比与ΔK的关系
实验研究材料为25Cr2Ni2Mo V转子钢，化学成分(wt%)为:C≤0.30,Cr 0.43～0.55,Ni 0.82～0.93,Mo 0.84～1.05,V 0.32～0.39，余量为Fe。该材料经过了550℃和580℃温度下保温20 h两种不同的热处理方式，图1为两种热处理条件下的微观组织。可以看出，550℃×20 h热处理组织为回火马氏体与铁素体，580℃×20 h热处理后的组织为回火马氏体、铁素体和少量回火贝氏体，热处理对微观组织的影响不大。疲劳裂纹扩展实验在高频疲劳试验机上进行，采用紧凑拉伸试样(B=12.5 mm,a/W=0.5)，应力比R为0.1、0.3、0.5和0.7。试验前在R=0.1下预制疲劳裂纹3 mm，预制裂纹采用逐级降载法，每级降载幅度5%，每级载荷下控制裂纹增长约1 mm。疲劳裂纹扩展试验初始的应力强度因子ΔK，需要高于预制裂纹结束时的ΔK。本研究中，疲劳裂纹扩展实验分为三个阶段，分别是降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段。降K阶段按照《GBT 6398-2000金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》标准进行，分级降载百分比保持在5%，同时保证每级载荷下裂纹扩展量是上一级载荷下塑性区尺寸的4～6倍，直到疲劳裂纹扩展速率da/d N接近门槛值ΔKth(ΔKth定义为da/d N为10-7mm/cycle时对应的ΔK)。升K阶段主要作用是补充和验证降载阶段的数据点，每级力增幅也保持在5%。当升载的ΔK达到裂纹扩展初始降载的ΔK时，开展恒幅加载试验，以获得Paris区的疲劳裂纹扩展数据。实验结束后，用扫描电镜观察断口形貌，分析断裂机理的变化。以R=0.1、热处理为550℃×20 h的试验结果为例，降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段在da/d N-ΔK曲线上的数据如图2所示。可以看出，降K试验与升K实验数据呈现良好的重合性，表明了疲劳试验方法的可靠性。各阶段的测试均在同一试样上完成，能够得到从近门槛值区到Paris区完整的疲劳裂纹扩展数据;相对于采用多个试样获得不同阶段加载，这种方法也可有效降低多种加载程序带来的数据分散性。考虑到试验过程程序繁琐，每个应力比的测试采用一个试样完成，通过保证裂纹扩展量数据的准确性，来保证能够较好地呈现应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。
疲劳裂纹扩展实验在高频疲劳试验机上进行，采用紧凑拉伸试样(B=12.5 mm,a/W=0.5)，应力比R为0.1、0.3、0.5和0.7。试验前在R=0.1下预制疲劳裂纹3 mm，预制裂纹采用逐级降载法，每级降载幅度5%，每级载荷下控制裂纹增长约1 mm。疲劳裂纹扩展试验初始的应力强度因子ΔK，需要高于预制裂纹结束时的ΔK。本研究中，疲劳裂纹扩展实验分为三个阶段，分别是降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段。降K阶段按照《GBT 6398-2000金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》标准进行，分级降载百分比保持在5%，同时保证每级载荷下裂纹扩展量是上一级载荷下塑性区尺寸的4～6倍，直到疲劳裂纹扩展速率da/d N接近门槛值ΔKth(ΔKth定义为da/d N为10-7mm/cycle时对应的ΔK)。升K阶段主要作用是补充和验证降载阶段的数据点，每级力增幅也保持在5%。当升载的ΔK达到裂纹扩展初始降载的ΔK时，开展恒幅加载试验，以获得Paris区的疲劳裂纹扩展数据。实验结束后，用扫描电镜观察断口形貌，分析断裂机理的变化。以R=0.1、热处理为550℃×20 h的试验结果为例，降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段在da/d N-ΔK曲线上的数据如图2所示。可以看出，降K试验与升K实验数据呈现良好的重合性，表明了疲劳试验方法的可靠性。各阶段的测试均在同一试样上完成，能够得到从近门槛值区到Paris区完整的疲劳裂纹扩展数据;相对于采用多个试样获得不同阶段加载，这种方法也可有效降低多种加载程序带来的数据分散性。考虑到试验过程程序繁琐，每个应力比的测试采用一个试样完成，通过保证裂纹扩展量数据的准确性，来保证能够较好地呈现应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。2 结果
【参考文献】：
期刊论文
[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]应力比对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头近门槛值区疲劳裂纹扩展曲线转折点的影响[J]. 杜彦楠,朱明亮,轩福贞. 机械工程学报. 2015(08)
[3]NiCrMoV钢汽轮机焊接转子模拟件接头低周疲劳性能研究[J]. 曹彬,蔡志鹏,潘际銮,乔尚飞,刘霞,沈红卫. 热力透平. 2012(04)
[4]TC11和TC4钛合金室温/400℃疲劳裂纹扩展特性研究[J]. 黄新跃,张仕朝,鲁原,于慧臣. 航空材料学报. 2011(05)
[5]基于试验数据的疲劳裂纹扩展门槛值研究[J]. 朱明亮,轩福贞,梅林波,王思玉. 机械强度. 2010(05)
[6]疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究[J]. 朱明亮,轩福贞,安春香. 压力容器. 2009(08)
[7]热处理对25Cr2NiMo1V钢疲劳特性的影响[J]. 朱明亮,轩福贞,朱奎龙,王国珍,贾天耀. 金属学报. 2009(03)
本文编号：3402090
【文章来源】：机械强度. 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
面型断裂百分比与ΔK的关系
实验研究材料为25Cr2Ni2Mo V转子钢，化学成分(wt%)为:C≤0.30,Cr 0.43～0.55,Ni 0.82～0.93,Mo 0.84～1.05,V 0.32～0.39，余量为Fe。该材料经过了550℃和580℃温度下保温20 h两种不同的热处理方式，图1为两种热处理条件下的微观组织。可以看出，550℃×20 h热处理组织为回火马氏体与铁素体，580℃×20 h热处理后的组织为回火马氏体、铁素体和少量回火贝氏体，热处理对微观组织的影响不大。疲劳裂纹扩展实验在高频疲劳试验机上进行，采用紧凑拉伸试样(B=12.5 mm,a/W=0.5)，应力比R为0.1、0.3、0.5和0.7。试验前在R=0.1下预制疲劳裂纹3 mm，预制裂纹采用逐级降载法，每级降载幅度5%，每级载荷下控制裂纹增长约1 mm。疲劳裂纹扩展试验初始的应力强度因子ΔK，需要高于预制裂纹结束时的ΔK。本研究中，疲劳裂纹扩展实验分为三个阶段，分别是降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段。降K阶段按照《GBT 6398-2000金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》标准进行，分级降载百分比保持在5%，同时保证每级载荷下裂纹扩展量是上一级载荷下塑性区尺寸的4～6倍，直到疲劳裂纹扩展速率da/d N接近门槛值ΔKth(ΔKth定义为da/d N为10-7mm/cycle时对应的ΔK)。升K阶段主要作用是补充和验证降载阶段的数据点，每级力增幅也保持在5%。当升载的ΔK达到裂纹扩展初始降载的ΔK时，开展恒幅加载试验，以获得Paris区的疲劳裂纹扩展数据。实验结束后，用扫描电镜观察断口形貌，分析断裂机理的变化。以R=0.1、热处理为550℃×20 h的试验结果为例，降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段在da/d N-ΔK曲线上的数据如图2所示。可以看出，降K试验与升K实验数据呈现良好的重合性，表明了疲劳试验方法的可靠性。各阶段的测试均在同一试样上完成，能够得到从近门槛值区到Paris区完整的疲劳裂纹扩展数据;相对于采用多个试样获得不同阶段加载，这种方法也可有效降低多种加载程序带来的数据分散性。考虑到试验过程程序繁琐，每个应力比的测试采用一个试样完成，通过保证裂纹扩展量数据的准确性，来保证能够较好地呈现应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。
疲劳裂纹扩展实验在高频疲劳试验机上进行，采用紧凑拉伸试样(B=12.5 mm,a/W=0.5)，应力比R为0.1、0.3、0.5和0.7。试验前在R=0.1下预制疲劳裂纹3 mm，预制裂纹采用逐级降载法，每级降载幅度5%，每级载荷下控制裂纹增长约1 mm。疲劳裂纹扩展试验初始的应力强度因子ΔK，需要高于预制裂纹结束时的ΔK。本研究中，疲劳裂纹扩展实验分为三个阶段，分别是降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段。降K阶段按照《GBT 6398-2000金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》标准进行，分级降载百分比保持在5%，同时保证每级载荷下裂纹扩展量是上一级载荷下塑性区尺寸的4～6倍，直到疲劳裂纹扩展速率da/d N接近门槛值ΔKth(ΔKth定义为da/d N为10-7mm/cycle时对应的ΔK)。升K阶段主要作用是补充和验证降载阶段的数据点，每级力增幅也保持在5%。当升载的ΔK达到裂纹扩展初始降载的ΔK时，开展恒幅加载试验，以获得Paris区的疲劳裂纹扩展数据。实验结束后，用扫描电镜观察断口形貌，分析断裂机理的变化。以R=0.1、热处理为550℃×20 h的试验结果为例，降K阶段、升K阶段和恒载荷幅阶段在da/d N-ΔK曲线上的数据如图2所示。可以看出，降K试验与升K实验数据呈现良好的重合性，表明了疲劳试验方法的可靠性。各阶段的测试均在同一试样上完成，能够得到从近门槛值区到Paris区完整的疲劳裂纹扩展数据;相对于采用多个试样获得不同阶段加载，这种方法也可有效降低多种加载程序带来的数据分散性。考虑到试验过程程序繁琐，每个应力比的测试采用一个试样完成，通过保证裂纹扩展量数据的准确性，来保证能够较好地呈现应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。2 结果
【参考文献】：
期刊论文
[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]应力比对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头近门槛值区疲劳裂纹扩展曲线转折点的影响[J]. 杜彦楠,朱明亮,轩福贞. 机械工程学报. 2015(08)
[3]NiCrMoV钢汽轮机焊接转子模拟件接头低周疲劳性能研究[J]. 曹彬,蔡志鹏,潘际銮,乔尚飞,刘霞,沈红卫. 热力透平. 2012(04)
[4]TC11和TC4钛合金室温/400℃疲劳裂纹扩展特性研究[J]. 黄新跃,张仕朝,鲁原,于慧臣. 航空材料学报. 2011(05)
[5]基于试验数据的疲劳裂纹扩展门槛值研究[J]. 朱明亮,轩福贞,梅林波,王思玉. 机械强度. 2010(05)
[6]疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究[J]. 朱明亮,轩福贞,安春香. 压力容器. 2009(08)
[7]热处理对25Cr2NiMo1V钢疲劳特性的影响[J]. 朱明亮,轩福贞,朱奎龙,王国珍,贾天耀. 金属学报. 2009(03)
本文编号：3402090
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