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基于红外热像法的AZ31B镁合金疲劳寿命预测

张红霞 , 裴飞飞 , 闫志峰 , 王凯 , 王文先 , 刘晓晴 , 吴广贺 , 李咏梅

采用红外热像法测量AZ31B镁合金板材在疲劳过程中表面温度场的变化,结果表明,当疲劳载荷大于疲劳强度时,镁合金试样表面的温度变化经历5个阶段:温度上升阶段、温度下降阶段、稳定阶段、断裂前的温升阶段和断裂后温度下降阶段.通过疲劳过程中镁合金试样表面的温度变化规律,基于不同的理论提出了2种预测疲劳寿命的方法:由试验过程中试样表面温升(△TM)特征确定其疲劳寿命,△TM-Nf曲线拟合结果表明,△TM=3.89℃为温升极限值,即△TM＞3.89℃时,试样会发生断裂,与实测疲劳试样的温升值(3.68℃)相比,误差为5.7％;利用能量法提出了镁合金疲劳寿命的计算公式,用能量法和传统试验方法分别绘制S-N曲线,结果具有很好的一致性,用2种方法分别计算了循环次数为1x107时的疲劳强度△σeφ=99.3 MPa、△σesN=99.8 MPa,误差为0.5％.采用红外热像法估算疲劳寿命具有简单、省时等优势.

关键词: AZ31B镁合金 , 疲劳 , 红外热像法 , 疲劳寿命预测 , 能量法

拉-拉循环载荷下443铁素体不锈钢产热规律及疲劳性能预测

张杰 , 闫志峰 , 王文先 , 王志斌 , 王凯 , 张红霞 , 张心保

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.02.013

采用红外热像法研究了443铁素体不锈钢在疲劳试验过程中表面温度场的变化规律,提出了采用△T-Nf曲线预测疲劳寿命的方法.结果表明:温升极限值△T=3.18℃,即当△T＞3.18℃时,试样发生疲劳断裂,与实测温升值3.49℃相比,误差为8.89％.利用△T-Nf曲线预测443铁素体不锈钢在5×106循环次数下的疲劳强度为277.97MPa,与传统方法测得结果284.45MPa相对误差为2.28％.

关键词: 443铁素体不锈钢 , 温度场 , 疲劳强度 , 红外热像法

5A06铝合金及其焊接接头的疲劳断裂行为

张红霞 , 吴广贺 , 闫志峰 , 裴飞飞 , 李晋永 , 王文先 , 李永莲

中国有色金属学报

对5A06防锈铝合金及其焊接接头疲劳性能断裂行为进行研究,采用疲劳试验、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对5A06铝合金的疲劳性能、金相组织、裂纹扩展特征和疲劳断口进行分析.结果表明:在循环次数为2×106时,铝合金母材、对接接头、横向十字、侧面连接和纵向十字接头的疲劳性能分别为99.97、70.96、57.48、48.20和41.80 MPa;铝合金母材疲劳裂纹起裂于截面最小部位,对接接头和横向十字接头裂纹起裂于焊趾等应力集中部位,裂纹沿着热影响区扩展;侧面连接接头裂纹起裂于两板连接处应力集中部位,纵向十字接头裂纹起裂于热影响区;微观裂纹为沿晶和穿晶混合的扩展特征.对母材及其焊接接头的宏观断口呈暗灰色纤维状,具有一定的塑性;接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在球状孔洞、疲劳条纹和韧窝,并存在二次裂纹.

关键词: 5A06铝合金 , 焊接接头 , 疲劳断口 , 二次裂纹

AZ31B镁合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为

张红霞 , 裴飞飞 , 闫志峰 , 王文先 , 梁培阳 , 李娟 , 卫英慧

稀有金属材料与工程

对AZ31B镁合金焊接接头和热影响区的疲劳裂纹扩展行为进行研究,分析了焊接接头[L-T(W)]和热影响区的紧凑拉伸试验[C(T)],其中热影响区的C(T)试验包括焊缝平行于挤压方向[T-L(H)]和垂直于挤压方向[L-T(H)]两种.结果表明:对于L-T(W)试样,裂纹沿挤压方向扩展,裂纹扩展经历先快后慢的扩展过程；T-L(H)试样裂纹平行于缺口方向扩展,L-T(H)试样裂纹为平行于缺口方向和与缺口成一定角度两种扩展方向,裂纹扩展经历先慢后快的扩展过程.裂纹尖端扩展为穿晶和沿晶的混合模式,疲劳断口为准解理特征的脆性断口.

关键词: AZ31B镁合金 , 焊接接头 , 裂纹扩展速率 , 脆性断口

443铁素体不锈钢随焊激冷焊接接头的组织性能

杨文平 , 闫志峰 , 王文先 , 王志斌 , 张心保

材料热处理学报

针对铁素体不锈钢焊接接头晶粒粗大的特征,采用钨极氩弧焊随焊冷却方法对443铁素体不锈钢进行焊接,分析其焊接接头组织性能,并与自然冷却条件下焊接接头的组织性能进行了对比。研究结果表明,采用随焊冷却的方法细化了焊接接头热影响区的晶粒,提高了焊接接头力学性能,特别是冲击性能得到较大提高。晶间腐蚀试验表明443不锈钢焊接接头有良好的耐晶间腐蚀性能;探讨了随焊冷却方法改善焊接接头组织性能的影响因素和机理。

关键词: 铁素体不锈钢 , 随焊冷却 , 显微组织 , 力学性能

铁素体不锈钢/奥氏体不锈钢焊接接头的组织和性能

石青 , 王志斌 , 王文先 , 张心保 , 闫志峰 , 张杰

材料热处理学报

对443铁素体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的显微组织以及其对显微硬度和冲击韧性的影响进行了研究.结果表明:焊缝显微组织由δ铁素体+奥氏体两相组成,焊缝不同区域δ铁素体形貌和含量存在明显差异;焊缝显微硬度随δ铁素体形貌和含量变化而变化,针状δ铁素体使焊缝显微硬度提高;443铁素体不锈钢母材及热影响区的冲击韧性较差,且随温度的降低,其冲击吸收功显著降低,室温时为韧性断裂,-20℃时发生脆性断裂.

关键词: 异种钢焊接 , 显微组织 , 显微硬度 , 冲击韧性

5A06铝合金焊接接头裂纹失效分析

张红霞 , 刘晓晴 , 闫志峰 , 王文先 , 李永莲

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2013.03.006

针对5A06铝合金焊缝附近出现的裂纹进行了分析.5A06铝合金母材、焊缝及热影响区组织分析结果表明,材料成型后的组织不均匀,并且存在夹杂物,晶内和晶界有析出相出现.采用光学显微镜对裂纹的扩展特征进行分析,结果表明,裂纹在材料边缘夹杂物处启裂,以沿晶的特征进行扩展.采用SEM对断口进行微观和宏观分析,断口中存在二次裂纹,断口为脆性断裂.

关键词: 5A06铝合金 , 二次裂纹 , 脆性断裂 , 沿晶断裂

基于临界面法对AZ31B镁合金焊接接头疲劳评定

闫志峰 , 贺秀丽 , 王文先 , 张红霞

稀有金属材料与工程

通过有限元软件模拟横向十字接头的实际焊接过程,并进行温度场和应力场分析,采用基于Dang Van准则考虑焊接残余应力的临界面法对AZ31B镁合金典型角接头型式——横向十字接头进行了疲劳评定研究,并与疲劳试验结果进行对比分析.结果表明,法国焊接研究所提出的钢材参数及国内研究者提出的铝合金材料的参数均不适用于AZ31B镁合金横向十字接头,需要进行修正;经试验研究将参数修正为α*=0.5,β*=55 MPa,并拟合出相应的Dang Van图形,其结果与疲劳试验结果相吻合;说明修正后的临界面法可以对AZ31B镁合金横向十字接头进行合理的疲劳评定,而且依据应力集中大小,可以有效预测试件可能的疲劳断裂位置.

关键词: AZ31B镁合金 , 横向十字接头 , 疲劳评定 , 临界面法

红外热像法预测镁合金的疲劳性能

闫志峰 , 张红霞 , 王文先 , 王凯 , 裴飞飞

机械工程材料

对AZ31B镁合金板材在室温下的高周疲劳性能进行了研究,用红外成像仪测量了疲劳试验过程中合金表面的温度变化;根据疲劳试验过程中温度-应力关系及试样表面温度分布差异,确定疲劳断裂位置和疲劳极限。结果表明：根据合金表面温度变化可以预测疲劳断裂位置;以此法确定的AZ31B镁合金的疲劳极限为107.5MPa,与常规疲劳试验测得的疲劳极限吻合较好;加载初期镁合金升温到一定温度后又下降至室温左右,在断裂前温度快速升高。

关键词: AZ31B镁合金 , 高周疲劳 , 红外热像 , 疲劳极限

高周疲劳载荷下6061－T6铝合金的温度演化

刘晓晴 , 张红霞 , 闫志峰 , 王文先 , 王凯 , 裴飞飞

材料科学与工艺

为了研究金属材料在疲劳载荷下的温度变化，采用红外热像系统对高周疲劳载荷下6061－T6铝合金的温度演化进行分析，用热像图对疲劳裂纹尖端的塑性区进行测量．结果显示，疲劳加载作用下，循环次数达到107次时6061－T6铝合金试样表面温度的变化分为四个阶段：初始温升阶段、温度缓降阶段、温度二次缓慢上升阶段和温度快速上升阶段．结合热弹性理论、铝合金塑性变形的微观机制分析并预测疲劳载荷下温度的演化和宏观裂纹扩展时裂纹尖端塑性区域大小．宏观裂纹开始扩展时，裂纹尖端的塑性区域可达3．6 mm2，红外热像仪测得结果为3．46 mm2，测试结果与理论结果吻合．

关键词: 6061-T6铝合金 , 高周疲劳 , 红外热像仪 , 温度演化

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