高溫接觸超高周微動疲勞試驗系統研製

《高溫接觸超高周微動疲勞試驗系統研製》是依託四川大學，由黃志勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高溫接觸超高周微動疲勞試驗系統研製
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃志勇
• 依託單位：四川大學

項目摘要

在航空、航天、交通、能源等行業的實際套用中，某些關鍵零部件在室溫或高溫下受到摩擦和疲勞載荷的作用引發微動疲勞斷裂。這種失效通常發生在高頻，小位移的接觸條件下，在服役期內循環周數能達到超高周疲勞領域。本課題利用壓電陶瓷的高頻振動特性，採用加速的疲勞試驗方法，研發室溫和高溫環境下超高周微動疲勞試驗設備。利用本系統對鈦合金和高溫合金等金屬材料進行超高周微動疲勞試驗，並與傳統試驗方法的結果對比，檢驗加速的高溫超高周微動疲勞試驗方法。通過研發的試驗設備，研究在室溫和高溫下的鈦合金和高溫合金的微動疲勞行為。採用電子掃描電鏡對微動疲勞損傷部位和斷口進行觀察，分析室溫和高溫下金屬材料超高周微動疲勞的損傷和裂紋的萌生機理和擴展路徑。本課題研發的試驗設備可用於快速獲得高溫下超高周微動疲勞載荷作用下材料的疲勞行為。

結題摘要

本課題利用壓電陶瓷的高頻振動特性，套用振動加速的疲勞試驗技術（20kHz，），高溫加熱控制技術（20℃-1000℃），高頻平均應力載入技術（-1-0.8），高頻微動摩擦載入技術（0-2kN）研發高溫環境下超高周微動疲勞試驗設備（0-1e9）。在分別研製壓電高頻振動模組，高溫加熱模組，平均應力載入模組，微動摩擦載入模組並檢測後，設計控制系統整合上述模組並研製出高溫微動超高周疲勞試驗系統。本課題研發的試驗設備可用於快速獲得高溫下超高周微動疲勞載荷作用下材料的疲勞行為。利用研發系統對GCr15軸承鋼，S31008不鏽鋼，TC17鈦合金和GH80A高溫合金等材料，進行平均應力、高溫、微動摩擦下的超高周疲勞試驗，檢驗加速的高溫超高周微動疲勞試驗方法，研究在室溫或高溫下的軸承鋼、不鏽鋼，鈦合金和高溫合金的超高周疲勞和微動疲勞行為。採用白光干涉儀和電子掃描電鏡分析微動摩擦損傷和疲勞損傷及斷裂，分析室溫和高溫下金屬材料超高周微動疲勞裂紋萌生機理和擴展路徑。發現橫向接觸摩擦降低材料疲勞強度，磨損面面積與深度與疲勞壽命呈正比關係；對於TC17材料而言在不同應力比下頻率效應不顯著，超高周裂紋萌生區解理面比例隨應力比升高而增加；高溫超高周微動疲勞裂紋在磨損區邊緣產生，局部複雜應力和微動疲勞損傷的共同作用降低超高周疲勞強度。