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机械工程材料 2023年第3期47卷 19-23,36页

作者：张军豪王文先(导师) 闫志峰段德盛张红霞张锦文周峻太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心太原030003

在不同最大循环应力(600~880 MPa)和应力比0.1下对18CrNiMo7-6高铁齿轮钢进行棘轮试验和疲劳试验,先通过对稳定阶段的棘轮应变差值和温升与最大循环应力进行拟合来预测疲劳极限,然后再基于由棘轮应变差值和温升计算的断裂疲劳熵来预测... 详细信息

在不同最大循环应力(600~880 MPa)和应力比0.1下对18CrNiMo7-6高铁齿轮钢进行棘轮试验和疲劳试验,先通过对稳定阶段的棘轮应变差值和温升与最大循环应力进行拟合来预测疲劳极限,然后再基于由棘轮应变差值和温升计算的断裂疲劳熵来预测疲劳极限,并将不同方法的预测结果与试验结果进行对比。结果表明:由稳定阶段的棘轮应变差值和温升与最大循环应力的线性拟合得到的疲劳极限分别为664.9,681.4 MPa,与由疲劳试验得到的疲劳极限(689.0 MPa)的相对误差分别为1.11%,3.50%,说明用这2种方法预测疲劳极限的精度较高;当最大循环应力为673.2 MPa时,断裂疲劳熵值由0.1 MJ·m^(-3)·K^(-1)以下突变增至0.46 MJ·m^(-3)·K^(-1),由此预测得到的疲劳极限为673.2 MPa,与疲劳试验结果的相对误差为2.3%,预测精度较高。

关键词： 18CrNiMo7-6钢棘轮应变温升断裂疲劳熵疲劳极限评定

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红外热像法评定超声表面滚压后ASTM A572 Gr65钢的疲劳性能

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热加工工艺 2022年第10期51卷 85-88,93页

作者：刘永权杨泽源张红霞闫志峰耿纪龙杨潇太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024

利用超声表面滚压技术对ASTM A572 Gr65钢表面进行滚压处理,结合红外热像法探究了超声表面滚压处理对材料疲劳性能的影响。结果表明:滚压处理后,疲劳过程中试样表面温度变化规律与未滚压处理的相同;经超声表面滚压处理,试样的表面性能... 详细信息

利用超声表面滚压技术对ASTM A572 Gr65钢表面进行滚压处理,结合红外热像法探究了超声表面滚压处理对材料疲劳性能的影响。结果表明:滚压处理后,疲劳过程中试样表面温度变化规律与未滚压处理的相同;经超声表面滚压处理,试样的表面性能得到改善,近表面晶粒细化,材料的疲劳性能显著提升。利用红外热像法得到滚压后材料的疲劳极限为515 MPa,与未滚压的423 MPa相比提高了21.7%;传统S-N曲线法得到疲劳极限由458 MPa提高到531 MPa,提高了16%。

关键词： ASTM A572 Gr65钢超声表面滚压红外热像法 S-N曲线法疲劳极限评定

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基于能量耗散、应变累积及微观演化ASTM A572 Gr65钢疲劳性能的研究

基于能量耗散、应变累积及微观演化ASTM A572 Gr65钢疲劳性能的研...

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作者：刘永权太原理工大学

学位级别：硕士

ASTM A572 Gr65钢具有优异的力学性能,在输电线铁塔、建筑等领域得到了广泛地使用。但在实际应用中,这些结构往往会承受复杂的循环应力,而传统的疲劳试验方法耗时、耗资。利用疲劳过程中产生的能量耗散、应变累积及微观演化可以快速对... 详细信息

ASTM A572 Gr65钢具有优异的力学性能,在输电线铁塔、建筑等领域得到了广泛地使用。但在实际应用中,这些结构往往会承受复杂的循环应力,而传统的疲劳试验方法耗时、耗资。利用疲劳过程中产生的能量耗散、应变累积及微观演化可以快速对材料的疲劳性能进行评定。因此,本课题提出基于能量理论和棘轮效应的材料疲劳性能评定方法,并探究不同循环应力下的微观组织演化机理。本研究可以为材料的结构设计、疲劳极限评定以及剩余疲劳寿命的预测提供可靠依据。论文结合拉伸试验结果,分析了ASTM A572 Gr65钢的力学性能和能量耗散规律;借助于红外热像技术以及疲劳加载后产生的棘轮效应,探究了材料在疲劳加载过程中的能量耗散、应变累积;利用循环稳定状态下的应变累积量与试样表面温升稳定值对材料的疲劳极限进行评定;运用EBSD与SEM等分析测试方法对不同应力状态下的微观组织与疲劳断口进行表征分析,探讨疲劳过程中的微观演化机理。拉伸试验结果表明,ASTM A572 Gr65钢的屈服强度为472 MPa,抗拉强度为555MPa,延伸率为37%。在拉伸过程中,试样产生较大的塑性变形,大量的能量向环境中耗散,从而引起试样表面温度迅速升高。拉伸时温度变化呈现出三个阶段:拉应力小于材料拉伸弹性极限时的温度降低阶段、拉应力超过材料拉伸弹性极限时的温度逐渐上升阶段和试样发生拉伸断裂时的温度陡增阶段。不同循环应力作用下,会产生不同程度的变形及能量耗散,导致试样应变累积量及表面温度值增大。其中,变形主要包括弹性变形以及不可逆的塑性变形。在不可逆变形过程中产生的加工硬化,使试样的应变累积以及表面温度在较短时间内达到稳定值。当循环加载应力的峰值低于材料的疲劳极限时,试样在稳定变形阶段的应变累积量及其表面的温升值较小,试样不会疲劳断裂;当循环应力的峰值超过材料的疲劳极限时,试样在稳定变形阶段的应变累积量及表面温升值相较于前者会有较大的提升,但稳定状态不会长时间保持。在循环应力持续作用下,应变累积量与表面温升值将发生第二次突增,直至试样发生疲劳断裂。循环加载过程中,材料的应变累积及能量耗散呈现相同的变化规律。循环加载过程中,宏观表现为试样塑性应变累积量以及表面温度的升高,微观上则表现为织构、几何必需位错密度的变化及晶粒的演化。随着循环应力峰值的增加,材料内的织构密度不断增大。同时,材料中的几何必需位错密度也显著上升,试样发生明显地加工硬化,且大量的位错堆积在一起形成亚晶界,最终导致材料中的再结晶晶粒逐渐转化为亚结构和变形晶粒。疲劳断口呈现三个区域:裂纹萌生区、裂纹扩展区以及疲劳瞬断区。其中,裂纹扩展区表现出典型的脆性断裂特征,以准解理断裂特征为主,瞬断区则呈现出明显的塑性断裂特征。利用疲劳加载过程中变形稳定阶段的应变累积值与试件表面的温升值对材料的疲劳性能进行评定,得到的疲劳极限分别为453 MPa及423 MPa,与传统疲劳试验方法得到的结果相比误差分别为1.1%及7.6%。

关键词： ASTM A572 Gr65钢疲劳性能应变累积能量耗散微观组织演化疲劳极限评定

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ASTM A572 Gr65钢焊接接头疲劳断裂表征与评定

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电焊机 2022年第12期52卷 36-42页

作者：杨泽源闫志峰王树邦韩明珠张红霞太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024

ASTM A572 Gr65钢焊接结构件经常要承受动态载荷的作用,接头部位容易发生疲劳失效。在分析ASTM A572 Gr65钢MAG焊接接头力学性能的基础上,结合红外热像法评定了其焊接接头的疲劳性能。结果表明,焊缝区金相组织主要为针状铁素体,其硬度为... 详细信息

ASTM A572 Gr65钢焊接结构件经常要承受动态载荷的作用,接头部位容易发生疲劳失效。在分析ASTM A572 Gr65钢MAG焊接接头力学性能的基础上,结合红外热像法评定了其焊接接头的疲劳性能。结果表明,焊缝区金相组织主要为针状铁素体,其硬度为197~203 HV0.5;焊接接头的屈服强度为350 MPa;在静态载荷和循环载荷下,ASTM A572 Gr65钢焊接接头的表面温度均呈规律性变化,循环载荷下的变形规律与疲劳过程中的温度演化相对应。利用疲劳过程中试件表面的红外温度信息进行评定,疲劳极限为234.18 MPa,与疲劳试验S-N曲线得到的结果(246.60 MPa)相比误差为5.04%;疲劳断裂发生于焊缝区,疲劳裂纹源位于试样内部,呈“鱼眼”状。

关键词： ASTM A572 Gr65钢 MAG焊红外热像法 S-N曲线疲劳极限评定

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