单晶残余应力的x射线衍射分析技术

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1、第期顾玉丽，陶春虎，何玉怀，等：在役石油平台用压力容器超声导波检测6金属材料超高周疲劳失效的基本特征顾玉丽1，陶春虎1，何玉怀1，胡春燕1，滕旭东2（1.北京航空材料研究院，中国航空工业集团公司失效分析中心，试金石检测技术有限公司，北京100095；2.中国人民解放军解放军驻南方航空动力机械公司军事代表室，株洲412002）[摘要]随着工业技术水平和金属材料强度的提高，超高周疲劳已经成为工程部件失效的新问题，超声疲劳试验是目前研究金属材料的超高周疲劳性能的主要方法，本研究综述了金属材料超高周疲劳失效的基本特征。超高周疲劳的S-N曲线一般分为3种形态特征：持续下降型、阶梯下降型和传

2、统无限寿命型；裂纹萌生的位置与金属材料的种类、夹杂物的尺寸和残余应力等因素有关；超高周疲劳的影响因素主要是加载频率、加载环境和表面处理。[关键词]超高周疲劳；S-N曲线；裂纹萌生；断口特征[中图分类号]V258，TB332[文献标志码][文章编号]MainCharacteristicsofUltra-highCycleFatigueFailureofMetalMaterialsGUYu-li,TAOChun-hu,HEYu-huai,HUChun-yan(AVICFailureAnalysisCenter，BeijingInstituteofAeronauticalMateria

3、ls，TouchstoneTestingInnovationCorporation，Beijing100095,China)Abstract:Withthedevelopmentofindustrylevelandthestrengthincreaseofmaterials,researchonultra-highcyclefatiguehasbecomeanewtopicforengineeringcomponentsfailure.Ultrasonicfatiguetestingtechniqueisamainmethodtostudyultra-highcyclefatig

4、ueproperties.Thecharacteristicsofultra-highcyclefatiguefailureofmetalmaterialsweresummarized.TheS-Ncurvesusuallypresentthreeforms:continuouslydecreasingtype,stepwiselydecreasingtypeandinfinitelifetype.Thefatiguecrackinitiationisrelativetothematerialtype,inclusionsize,etc.Theinfluentialfactors

5、forultra-highcyclefatiguemainlyincludeloadfrequency,loadenvironmentandsurfacetreatment.Keywords:ultra-highcyclefatigue；S-Ncurve；fatiguecrackinitiation；fracturecharacter0引言疲劳断裂失效是机械零部件主要的失效形式,尤其在航空零部件中疲劳失效所占的比例为最高[1-2]。通常,疲劳失效按照所受应力和循环周次的大小可分为低周疲劳和高周疲劳。前者是指金属材料在较高的交变应力作用下至断裂的循环周次≤104的疲劳，后者是指金属

6、材料在较低的交变应力作用下至断裂的循环周次在105～107的疲劳，S-N曲线和疲劳极限一直是人们作为疲劳设计的依据，并且把金属材料经过107循环周次而不发生断裂的疲劳强度定义为疲劳极限。许多机械部件如汽车、高速列车和发动机部件等在服役过程中经常要遭受高频率低载荷的振动应力，循环周次通常是在107以上，这使得基于传统的S-N曲线和疲劳极限的无限寿命设计变得不安全。目前，美国空军已经在“发动机结构完整性大纲ENSIP（EngineStructuralIntegrityProgram）”中重新规定“发动机部件的高周疲劳寿命应达到109循环周次”[3]。许多研究者将高周疲劳寿命≥107的

7、疲劳称为超高周疲劳，金属材料的超高周疲劳行为日益受到研究者和研究机构的关注，特别是超声疲劳试验机设备的开发和应用，能够实现低应力幅高频率的超高周疲劳性能试验并且在短时间内完成测试，超声疲劳试验（频率为20kHz）是目前测试金属材料超高周疲劳的最有效和最常用的方法[4-5]。近些年来，《国际疲劳杂志》（InternationalJournalofFatigue）发表了多篇关于金属材料超高周疲劳研究的文章[6-8]，本研究综述了金属材料超高周疲劳的S-N曲线特征、裂纹萌生机理、断口特