拉压载荷下304不锈钢低周疲劳断裂特性的研究

摘要

本文主要是通过实验来研究304不锈钢的低周疲劳断裂特性以及断口特性。在试验中加载方式采用控制应力方式在岛津(SHIMADZU)EHF-EM100kN电液伺服高频疲劳试验机对试件进行疲劳试验。试样分为光滑试样和带切口的试样，其中试样长度是按照试验机的要求和国家标准来加工的，切口深度、角度以及切口尖端半径是根据实验的目的来加工的，在试件上加工切口主要是为了考虑切口深度对试件寿命的影响；在日立S-3400N扫描电镜上对疲劳断口进行观察，分析断口裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区的基本特征，以及加载应力水平大小对疲劳断口特征的影响。
　　 本文主要是通过疲劳断裂实验对304不锈钢的疲劳断裂特性进行分析：
　　 (1)通过实验研究了304不锈钢的基本疲劳性能。在应力比R=-1时，对称恒幅循环载荷控制下，通过实验得到304不锈钢的S-N曲线，可以得到当应力σ≥250MPa时，试件的寿命随着应力的降低而增大的速度减慢；在236MPa≤σ≤250MPa时，试件的寿命随着应力的降低而增大的速度加快。而且应力寿命双对数曲线趋向于一条直线，对试验数据的处理得到304不锈钢的条件疲劳极限Sf；应变以及应变能都随着加载次数的增加而增加，达到一定程度后都趋于稳定。
　　 (2)在光滑试件上切不同深度的切口，在应力比R=-1时，对称恒幅循环载荷控制下，进行轴向拉压疲劳试验。得到不同切口深度时的S-N曲线，在切口深度变化时S-N曲线有共同的趋势，当应力加大时寿命减小；另外，切口越深，试件的寿命越小，从结果可以看出切口深度与试件寿命成近似线性关系。
　　 (3)对断口进行宏观和微观的分析，对304不锈钢疲劳断裂机理进行研究。通过分析可以得到：载荷越大、切口越深，裂纹源区疲劳源越多，那么断裂的也就越快，疲劳源断口也就越粗糙；载荷越大、切口越深，裂纹扩展区疲劳条纹间距越大、疲劳条纹越粗；载荷大小和切口深度对瞬断区基本形貌有影响，瞬断区一般呈撕裂状。
　　 本文通过实验得到准确的数据，对实验的数据进行整理分析，分析304不锈钢的疲劳断裂特性，为以后工程应用以及结构抗疲劳设计提供数据，减少不必要的经济损失。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 低周疲劳国内外研究现状

1.3 疲劳理论的发展

1.4 断裂理论

1.5 本章小结

第2章 实验内容与方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 试样制备

2.4 常规力学性能测试

2.5 疲劳断裂的影响因素

2.6 疲劳实验

2.6.1 实验目的

2.6.2 光滑试样疲劳试验

2.6.3 缺口试样疲劳试验

2.7 断口SEM观察

2.8 本章小结

第3章 实验结果及分析

3.1 常规力学性能

3.2 光滑试样疲劳实验结果及分析

3.2.1 光滑试件实验结果

3.2.2 应力-寿命曲线及条件疲劳极限

3.2.3 应变寿命分析

3.2.4 能量寿命关系分析

3.3 切口试件数据处理及分析

3.3.1 疲劳缺口系数

3.3.2 切口试样实验结果

3.3.3 切口试件应力-寿命曲线

3.3.4 切口深度对疲劳寿命的影响

3.4 本章小结

第4章 断口分析

4.1 断口宏观分析

4.2 断口微观分析

4.2.1 光滑试件断口微观分析

4.2.2 切口试件断口微观分析

4.3 本章小结

第5章 304不锈钢低周疲劳断裂机理及特性

5.1 金属疲劳断裂破坏机理

5.1.1 疲劳裂纹萌生机理

5.1.2 疲劳裂纹扩展机理

5.2 304不锈钢的断裂特性

5.2.1 光滑试样的断裂特性

5.2.2 切口试样的断裂特性

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

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