321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估.pdf

  • 文档大小:918.96 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 5页
  • 2022-03-24 发布
  • 举报
321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估1 321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估2 321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估3 321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估4 321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估5
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:1.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估61321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估EarlyFatigueDamageEvaluationof321StainlessSteelbyEddyCurrentMethod刘昆鹏,赵子华,张峥(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191)——LIUKunpeng。ZHAOZihua,ZHANGZheng(InstituteofMaterialsScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191,China)摘要:采用涡流阵列系统对321不锈钢疲劳早期损伤进行了检测与评估。整个疲劳过程中涡流幅值的变化分为快速增长、稳定和加速增长三个阶段。第一阶段的涡流幅值与循环周次对数之间有近似线性关系。在裂纹萌生寿命内,疲劳损伤区的大小与循环周次无关。对不同循环周次下321不锈钢试样的微结构分析表明疲劳早期涡流幅值变化的主要来源是材料内部位错的增殖和运动,而不是马氏体相转变。关键词:涡流阵列;疲劳损伤;马氏体相变;位错密度;321不锈钢中图分类号:TG115.28文献标识码:A—文章编号:100I-4381(2012)l1006卜O5—Abstract:TheearlyfatiguedamageofAISI321stainlesssteelwasconductedevaluationbyeddycur—rentarray.Inthefatiguetest,thechangeofeddycurrentamplitudecouldbedividedintothreesta—ges:rapidgrowth,stabilityandacceleratedgrowth.Therelationshipbetweentheeddycurrentamplitudeandthelogarithmicfatiguelifewasnearlylinearatthefirststage.Theareaoffatiguedamage—wasnotchangedinthefatiguecrackinitiationlife.Microstructurewithdifferentfatiguecyclesindicatedthatthedislocationproliferationandinteractionwerethemainreasonsfortheincreasingofeddycurrentamplitudeatthebeginningoffatigue.Keywords:eddycurrentarray;fatiguedamage;martensitetransformation;dislocationdensity;321stain】essstee1涡流是一种常规无损检测方法,它在工作时给检测线圈通以交变电流,当被检材料靠近该检测线圈时,就会在其表面及次表面诱导产生二次涡流和磁场。任何背离试样理想状态的因素(如缺陷、夹杂、硬度、应力、合金成分、尺寸等)都会引起诱导涡流和磁场的变化,从而导致检测线圈阻抗参量的变化。涡流检测仪器就是通过这些参量的变化来表征导电金属及构件的异常行为。疲劳破坏是机械构件失效的主要形式之一,据统计有80以上的机械事故与金属的疲劳损伤有关。早期的无损检测方法主要应用于宏观尺寸缺陷的检测,在一定程度上减少了工程应用中危害性事故的发生。但是对于在役金属构件的疲劳早期损伤难以给出有效的评价u。由于疲劳损伤主要集中于材料的表面和次表面,而涡流的集肤效应恰好使其在材料表面具有最高的检测精度,所以涡流是一种非常合适的疲劳损伤检测方法。近些年美国Goldfine团队研制了一种新型的以电导率和磁导率为表征参量的MwM涡流传感器,并用其探测到了金属构件疲劳裂纹萌生阶段的损伤l_2]。但是,目前这种新型的涡流检测技术还未得到大规模推广,工程上主要使用的仍是传统阻抗模式的涡流检测设备,所以用阻抗模式涡流设备跟踪检测构件的疲劳损伤过程,建立阻抗信号和疲劳损伤的关系对构件的寿命预测及安全评估依然具有十分重要的意义。本工作针对平板光滑试样,进行疲劳的涡流信号检测试验,研究涡流信号随疲劳循环周次的变化规律,探讨金属构件疲劳损伤评估条件及该涡流检测法在疲劳损伤检测方面的应用潜能。1实验材料与方法采用321不锈钢板材为原料,其化学组成(质量分321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估63321不锈钢是一种亚稳态奥氏体钢,加载后可能产生马氏体相变。图3为不同循环周次下试样的XRD谱,其中(1l1),(200)7,(220)7分别为奥氏体结构(111),(200),(220)晶面的衍射峰,(110)a和(211)0[t分别为马氏体结构(110)和(211)晶面的衍射峰。可见1万周次以内,a马氏体峰都不明显,直至进入裂纹扩展阶段,a马氏体峰才清晰可见。根据文献Es3提供的方法计算a马氏体体积分数,结果如表2所示。试样在循环1O周次时没有出现马氏体相,1O0~10000周次之问出现的马氏体体积分数不到0.5,疲劳终止时试样主裂纹区域的马氏体体积分数高达6.572。Grosse]对321不锈钢低周疲劳过程的研究表明a马氏体的转变量是累积塑性应变的函数,只有累积塑性应变达到临界值时才可能产生a马氏体,而且a马氏体的转变量会随着累积塑性应变的增大而增多。由此可见,试样在10周次时的累积塑性应变尚低于a马氏体转变的临界值,所以试样表面维持全奥氏体状态;100周次后累积塑性应变超过了该临界值,试样表面开始出现a马氏体,且其体积分数随着累积塑性应变的增长而增多;裂纹萌生后,裂纹尖端塑性区随裂纹扩展逐渐增大,导致试样累积塑性应变快速增加,a马氏体体积分数明显增大E。]。20/(。)图3不同循环周次疲劳试样的XRD谱图表2a马氏体体积分数计算结果Table2Resultsofmartensitevolumefracti0n2.2涡流检测结果…实验采用涡流幅值最大垂直分量()来表征疲劳损伤的累积过程。图4为V与疲劳相对寿命(N)的关系,其中100疲劳寿命对应循环周次N===450000。整个疲劳过程中的变化可以分为三个阶…段:1)快速增长阶段,该阶段增长量占总增长量的50以上,却只占5Nt;2)相对稳定阶段,该阶段上下波动,没有明显增长,约占85N;3)加速增长阶段,一般出现在裂纹萌生以后。图5为第一阶段……内V与循环周次对数的关系。可见随循环周次对数的增长呈线性增长趋势。…图4V与相对疲劳寿命的关系…图5疲劳第一阶段V与循环周次对数的关系…Fig.5RelationbetweenVandthelogarithmoffatiguecyclesatthefirstfatiguestage图6为疲劳结束时试样疲劳损伤区的涡流c扫描图像,其中损伤位置清晰可见。为了说明疲劳过程姗14321不锈钢疲劳早期损伤的涡流评估653结论(1)321不锈钢非标准三点弯曲疲劳损伤检测实验(=509MPa,R=0.1,f=20Hz)中涡流幅值最大垂直分量()的变化经历了三个阶段:快速增长阶段、稳定阶段和加速增长阶段,其中稳定阶段持续时间最长。(2)疲劳损伤出现于第一个疲劳循环以后,在整个疲劳过程中疲劳损伤区的面积基本不变。(3)在疲劳第一阶段,V与循环周次对数之间存在线性关系。该阶段a马氏体转变量很少,位错密度是的主要影响因素。参考文献Eli刘昌奎,陈星,张兵,等.构件低周疲劳损伤的金属磁记忆检测试—验研究EJ].航空材料学报,2010,30(1):7277.[2]GODFINEN,CLARKD.Introductiontothemeanderingwindingmagnetometer(MWM)andthegridmeasurementapproach[J].NondestructiveEvaluationofMaterialsandComposites,1996,—2944:186192.r33ZILBERSTEINV,SCHLICKERD,WALRATHK,eta1.MWMeddycurrentsensorsformonitoringofcrackinitiationandgrowthduringfatiguetestandinservice[J].InternationalJournalofFa-—tigue,2001,23(S1):477485.[4]GODFINEN,zILBERsTEINV,WASHABAUGHAeta1.Eddy—currentsensornetworksforaircraftfatiguemonitoringl,J].Mate—rialsEvaluation,2003,61(7):852859.—[5]YANGQ,LUOJL.Martensitetransformationandsurfacecrackingofhydrogenchargedandoutgassedtype304stainlesssteel—[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2000,288(1):7583.[6][7][8]GRoSSEM,NIFFENEGGERM,KALKHOFD.Monitoringof—low-cyclefatiguedegradationinX6CrNiTi1810austeniticsteel—[J].JournalofNuclearMaterials,2001,296:3053u.—GR0SSEM,KALKHOFD。NIFFENEGGERM,eta1.Influen—cingparameterso12martensitetransformationduringlowcyclefatigueforsteelAISI321EJ].MaterialsScienceandEngineering:—A,2006,437(S1):109113.—STOLARZJ,BAFFIEN,MAGNINT.Fatigueshortcrackbehaviourinmetastableausteniticstainlesssteelswithdifferentgrainsizesl,J].MaterialsScienceandEngineering:A,2001,319(s1):—521526.[9]ROTHI,KUBBELERM,KRUPPU,eta1.Crackinitiationandshortcrackgrowthinmetastableausteniticstainlesssteelinthehighcyclefatigueregime[J].ProcediaEngineering,2010,2(I):——941948.[-10]YEDY,MATSUOKAS,NAGASHIMAN,eta1.Thelow-cyclefatiguedeformationandfinalfracturebehaviourofanausteniticstainlesssteel[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2006,——415(12):104117.[11]HEINOS,KARLSSONRCyclicdeformationandfatiguebehaviourof7Mo-0.5Nsuperausteniticstainlesssteel-stress-strainrelationand—fatiguelifel,J].ActaMaterials,2001,49(2):339351.———收稿日期:2012-0509;修订日期:20120905作者简介:刘昆鹏(1981一),女,博士研究生,主要从事金属损伤检测方面的研究,联系地址:北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学1—系8研(100191),Email:zhenliukunpeng@163.com通讯作者:张峥,教授,主要从事失效分析预测预防研究,联系地址:北—京市海淀区学院路37号北京航空航天大学1系8研(100191),Email:zhangzh@buaa.edu.cn米米米米米米米米米米来米米米米米米米米米米米米米米米米米米(上接第6O页)[1o][4]BLEDZKIAK,FARUKO.Microcellularinjectionmoldedwood——fiber-PPcomposites:partIIeffectofwoodfiberlengthandcon—tentoncellmorphologyandphysicomechanicalpropertiesI-J].—JournalofCellularPlastics,2006,42(1):7788.—[5]BLEDZKIAK,FARUK0.Effectsofthechemicalfoamingagents,injectionparameters,andmelt-flowindexonthemicro-—structureandmechanicalpropertiesofmicrocellularinjection—moldedwoodf.ber/polypr0pylenecomposites[J].JournalofAp-—pliedPolymerScience,2005,97(3):10901096.—r6]BLEDZKIAK,FARUK0.Influenceofdifferentendothermicfoaruingagentsonmicrocellulariniectionmouldedwoodfibrereinforced—PPcomposites口].CellularPolymers,2006,25(3):143158.r7]BLEDZKIAK,FARUKO.Injectionmouldedmicrocellular—woodfibrepolypropylenecomposites[J].Composites:PartA,—2006,37(9):13581367.[83杨继年,李子全,王凌岩,等.SGF/PP泡沫复合材料的发泡效果—和力学性能[J].南京航空航天大学学报,2010,42(1);8892.r9]GUOG,LEEYH,RIZVIGM,eta1.Influenceofwoodfibersizeonextrusionfoamingofwoodfiber/HDPEcomposites[J].—JournalofAppliedPolymerScience,2008,107(6):35053511.[11][12][13]米米米米米来米米米来米米米米米米来米米米米米—MISHRAS,VERMAJ.Effectofcompatibilizersonwaterabsorptionkineticsofpolypropylene/woodflourfoamedcompositesFJ].JournalofAppliedPolymerScience,2006,101(4):253o一2537.—0KAM0T0M,NAMPH。MAITIP。eta1.Biaxialflow-in—ducedalignmentofsilicatelayersinpolypropylene/c1aynano—compositefoam口].NanoLetters,2001,1(9):503505.余剑英,周祖富,赵青南,等.氨基硅烷/马来酸酐接枝聚丙烯界—面化学反应的研究_J].化学物理学报,2000,13(1):109112.—ZHENGAN,WANGHG,ZHUXS,eta1.Studiesonthein—terfaceofglassfiberreinforcedpolypropylenecomposites[J].—CompositeInterface,2002,9(4):319333.基金项目:江苏省自然基金资助项目(BK2009379);安徽理工大学青年教师科学研究基金资助(QN2Ol116);安徽理工大学博士启动基金(201o一11060)———收稿日期:2011一1008;修订日期:20120730作者简介:杨继年(I98I一),男,讲师,博士,研究方向是聚合物基泡沫材料/复合材料,联系地址:安徽淮南安徽理工大学材料科学与工程学院(232001),E-mail:yangJinian@163.cam
一夕落阳
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:1.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档