EFFECT OF GRAIN SIZE ON SLOW FATIGUE CRACK PROPAGATION AND PLASTIC DEFORMATION ZONE OF CRACK TIP

<正> 以往的研究结果表明,晶粒尺寸不仅影响材料的门坎值,而且也与常规机械性能特别是强度指标有一定的关系。为了解材料的门坎值、晶粒尺寸和强度之间的关系,本工作以奥氏体不锈钢为研究对象试图探索这一关系,同时用浮凸法研究晶粒尺寸对门坎值和低速扩展中裂纹顶端塑性变形的影响。     

压力及稀释剂对块体纳米晶Fe3Al组织和性能的影响

采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和压缩试验,研究了氩气压力和稀释剂对铝热法制备的块体纳米晶Fe3Al材料组织和性能的影响。结果表明,在氩气压力分别为3、6、9MPa和稀释剂含量分别为0、20%、40%条件下制备的Fe3Al块体材料均为DO3有序结构,晶粒尺寸≤30nm;随氩气压力增加,材料晶粒尺寸无明显变化,但随稀释剂含量增加,材料晶粒尺寸明显减小。屈服强度随压力增加而提高,但与晶粒尺寸间无明显对应关系。当稀释剂含量不同时,材料晶粒尺寸与屈服强度呈反Hall-Petch关系。     

连续退火工艺对冷轧碳素钢薄板(SPCD)组织及性能的影响

研究了连续退火工艺对SPCD钢板组织和性能的影响。结果表明,随退火温度的升高,SPCD钢板晶粒尺寸增大,强度降低;升温速率、再结晶保温时间对晶粒尺寸及强度影响不大。820℃连续退火时,组织中有细小AlN析出,导致材料r值、n值及断后伸长率下降。提高退火温度有利于增加{111}面织构强度和提高r值。     

微细C5210磷青铜板料的尺寸效应研究

为研究常温下晶粒尺寸和厚度对C5210磷青铜力学性能的影响,引入尺寸效应影响因子φ=厚度/晶粒尺寸。结果表明,厚度不同时,随着φ从14.7减小到6.3,屈服强度减小了48%,延伸率由25.5%减小到18.2%;晶粒尺寸不同时,随着φ的减小,屈服强度先快速下降,当φ减小到3.5后便缓慢下降,延伸率则先增大再减小,φ为3.5时延伸率达到最大值29.2%。通过扫描电镜观察拉伸试样断口,均为韧性断裂。厚度不同时,随着φ的增大,韧窝数量增多且尺寸增大,材料塑性较好;晶粒尺寸不同时,φ从10.6减小至3.5,断面收缩率增加,韧窝尺寸增大,材料塑性较好。而当φ值继续减小到0.8时,韧窝数量减少,且尺寸变小,材料的塑性变差。     

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 研究了355MPa级超细晶低碳钢热连轧板拉伸性能和晶粒尺寸之间的关系，结果表明屈服强度σs与晶粒尺寸d成Hall Petch关系；经验证，对晶粒尺寸在3μm～10μm范围的低碳钢热连轧板，其屈服强度σs的计算值与测量值偏差较小，Hall Petch关系具有很好的适用性。     

C5210磷青铜薄板成形行为的尺度效应（英文）

为研究厚度、晶粒尺寸对C5210磷青铜薄板力学性能和成形性能的影响,通过不同温度退火热处理得到不同晶粒尺寸的试样,然后在常温下对具有不同厚度和晶粒尺寸的试样进行单向拉伸试验。结果表明:当厚度在50~800μm范围内,材料的屈服强度随着厚度的减小而增大,而加工硬化指数和伸长率随着厚度的减小而减小,提出了描述屈服强度随厚度减小而增大关系的修正模型;材料的屈服强度随着晶粒尺寸的增大而减小,但加工硬化指数随着晶粒尺寸的增大而增大,伸长率则随着晶粒尺寸的增大先增大到一个峰值后再减小。通过扫描电镜观察拉伸试样的断口形貌发现所有试样断裂方式均为韧性断裂,并且随着厚度的增大断口韧窝的密集度增大,而晶粒尺寸越大的试样断口韧窝密集度越小。     

室温微成形尺寸效应对材料强韧性影响的研究现状

重点梳理了近年来微成形尺寸效应理论的研究进展,归纳总结了现有文献中关于微成形中变形行为的各种尺寸效应与材料屈服强度、塑性、抗拉强度、断裂韧性的关系,包括:晶粒尺寸、厚度尺寸以及两者之间的比值对屈服强度有重要影响;伸长率随厚度的增加而增加;抗拉强度与厚度尺寸和晶粒尺寸之间存在复杂关系;材料的断裂韧性与各种尺寸有密不可分的关系。并分析了这些研究结论存在差异的原因,同时,指出现有微成形尺寸效应机理目前存在有争议和亟待解决的关键问题。     

多晶体材料的晶界强化模型研究

近几十年来,材料的细晶强化研究大量开展。在一般晶粒尺寸范围内,材料的强度随晶粒尺寸的变化是符合Hall-Petch关系的,但在纳米晶体材料中出现了偏离甚至反Hall-Petch关系的现象,因此Hall-Petch关系的使用具有一定的局限性。文章从塑性变形理论出发,建立了晶界强化数学模型,通过该模型,研究了晶粒大小、晶界厚度及晶界体积百分数、晶界能、弹性模量与多晶体材料强度的关系,发现除了晶粒大小及晶界厚度影响材料强度之外,弹性模量、晶界能越大,多晶体材料的强度越高。     

微米尺寸不锈钢的形变与疲劳行为的尺寸效应

采用聚焦离子束溅射蚀刻加工了微米尺寸304不锈钢悬臂梁试样．利用静态及动态弯曲加载研究了微米尺寸材料的形变与疲劳开裂行为．结果表明：随薄膜厚度的减小,材料的屈服强度升高,塑性下降．屈服强度随悬壁梁厚度的变化关系与Hall—Perch晶粒强化关系相似．微小悬壁梁屈服强度的升高来源于小尺度材料在非均匀变形下引起的应变梯度贡献的增加;而塑性下降则归因于较薄薄膜的晶粒内较少的可动位错．疲劳裂纹从尖缺口处萌生的门槛值接近块体材料．     

黄铜箔拉伸屈服强度的尺寸效应

为了研究金属箔的塑性变形性能与尺寸的相关性,在常温下对不同厚度和晶粒尺寸的黄铜箔试样进行了单向拉伸实验.结果表明:随着厚度或晶粒尺寸的减小,箔的屈服强度都会升高,晶粒尺寸对屈服强度的影响满足Hall-Petch细晶强化关系,厚度减小使屈服强度升高也可以主要归结于晶粒尺寸的减小.此外,当箔的厚度小于100 靘时,厚度/晶粒尺寸比不能表征屈服强度的尺寸效应.     

退火时间对块体纳米晶Fe3Al材料组织性能的影响

在800℃下对铝热反应法制备的含10%Ni的纳米晶Fe3Al材料进行了不同时间的等温热处理,保温时间分别为4、8、12、16、20、24和48 h。利用XRD和TEM分析了不同保温时间下材料的平均晶粒尺寸,并对硬度进行了测试,研究了晶粒尺寸变化趋势以及硬度变化规律,探讨了两者之间的变化关系。结果表明:材料的平均晶粒尺寸在不同时间的退火处理后,呈现出两次减小,两次增大,最后趋于平稳的过程。晶粒尺寸在4 h等温处理后达到最小值16 nm,在24 h等温处理后达到最大值35 nm。存在一个临界值dc=20 nm,当晶粒尺寸小于dc时,维式硬度和晶粒尺寸之间满足反Hall-Petch关系,当晶粒尺寸大于dc时,两者之间呈现正的Hall-Petch关系。16 h退火处理后维氏硬度最大为490 HV,24 h退火后维氏硬度最小为410 HV。     

晶粒尺寸分布对纯铁拉伸性能的影响

研究了纯铁晶粒尺寸分布对单轴拉伸条件下强度及流变应力的影响。结果表明:Hall-Petch关系式中的晶粒尺寸参量取塑性变形实际涉及的尺寸,比取平均晶粒尺寸更合理。前者的值又同时依赖于多晶体的晶粒尺寸分布的两个数字特征,即均值(平均晶粒尺寸)和变异系数(尺寸分布宽度)。在本实验条件下,尺寸分布宽度的影响可达2～5kgf/mm~2。     

建筑用抗震热轧钢的力学性能研究

以含Nb的低碳钢为研究对象,研究了轧制温度、终冷温度、冷却速度和晶粒尺寸对钢板强度与屈强比的影响。结果表明,降低轧制温度、终冷温度和增大晶粒尺寸的方法都可以有效地降低屈强比;冷却速度控制在中间某一值时,才能在保持较高强度的同时保证低屈强比。     

Ti-6Al-4V钛合金多工序加工的微观结构和力学性能研究（英文）

为获得环轧、胀形和热处理不同工艺组合状态下Ti-6Al-4V合金加工工艺-力学性能-微观组织之间的关系,分别对其α相和β相组织形貌,室温和高温拉伸性能(强度和塑性)进行观察与分析。研究表明,在适当的热处理工艺下,合金轧制成形之后增加第二工序胀形是很有必要的。材料的拉伸性能与初生α相的晶粒尺寸和体积分数,及次生α相的晶粒尺寸和组织厚度有很大关系。此外,胀形后热处理主要影响初生α相的晶粒尺寸及α相和β相组成比例,其次影响次生片状α相的大小和数量。当α相由小颗粒等轴组织转变为厚的多边形状组织时,材料的延伸率降低。随着初生α相体积分数的减少,未转变β相组织和弥散次生α相的增加,合金强度增加。材料高温拉伸断裂为韧性断裂,材料低塑性归因于组织断裂表面铸造微缺陷的萌生。     

Ti-6Al-4V钛合金多工序加工的微观结构和力学性能研究（英文）EI北大核心CSCD

为获得环轧、胀形和热处理不同工艺组合状态下Ti-6Al-4V合金加工工艺-力学性能-微观组织之间的关系,分别对其α相和β相组织形貌,室温和高温拉伸性能(强度和塑性)进行观察与分析。研究表明,在适当的热处理工艺下,合金轧制成形之后增加第二工序胀形是很有必要的。材料的拉伸性能与初生α相的晶粒尺寸和体积分数,及次生α相的晶粒尺寸和组织厚度有很大关系。此外,胀形后热处理主要影响初生α相的晶粒尺寸及α相和β相组成比例,其次影响次生片状α相的大小和数量。当α相由小颗粒等轴组织转变为厚的多边形状组织时,材料的延伸率降低。随着初生α相体积分数的减少,未转变β相组织和弥散次生α相的增加,合金强度增加。材料高温拉伸断裂为韧性断裂,材料低塑性归因于组织断裂表面铸造微缺陷的萌生。     

双模态晶粒尺寸结构不锈钢的单轴棘轮变形行为研究

双模态晶粒尺寸结构不锈钢具有强度高、韧性好的特点,成为发展高强、高韧性和耐疲劳损伤金属结构材料的重要方法。研究了通过机械球磨(MM)及热等静压(HIP)制备的双模态晶粒尺寸结构316L不锈钢在室温下的单轴棘轮变形。结果表明:通过调控机械球磨时间,可制备出具有不同晶粒尺寸和体积分数的双模态晶粒尺寸结构316不锈钢。双模态晶粒尺寸结构316L不锈钢具有良好的强度和塑性。晶粒尺寸、平均应力和峰值应力保持时间都影响着棘轮应变的累积。     

晶粒大小对双相不锈钢的强度和氢致开裂的影响SCIEI

本文研究了双相不锈钢中晶粒大小与强度的关系以及晶粒大小对氢致开裂的影响,发现在双相不锈钢中,晶粒尺寸与强度之间仍然遵循Hall-Petch关系式,晶粒尺寸越大,双相不锈钢对氢致开裂的敏感性越大。     

晶粒尺寸对γ-TiAl力学性能影响的纳米压痕研究

为研究纳米压痕过程中晶粒尺寸对γ-TiAl合金力学性能及变形行为的影响,利用Voronoi方法建立多晶γ-TiAl模型,采用分子动力学方法模拟压头压入不同晶粒尺寸模型的压痕过程,得到相应尺寸下的载荷-深度曲线,并计算了7种晶粒尺寸下γ-TiAl的硬度。结果表明：当晶粒尺寸小于9.9nm时,晶粒尺寸与硬度表现出反Hall-Petch关系,位错和晶界活动共同促使材料发生塑性变形,晶界活动起主导作用。当晶粒尺寸大于9.9nm时,晶粒尺寸与硬度符合Hall-Petch关系,晶界对材料变形影响较小,位错主导基体发生塑性变形。另外,分析了γ-TiAl在压痕过程中的应力传递和形变恢复过程,发现致密晶界网格结构能够有效抑制压痕缺陷及内应力向材料内部传递;晶粒尺寸越小,压头下方的内应力分布越均匀,沿压痕方向的弹性恢复比越小。     

晶粒尺寸对γ-TiAl合金力学性能影响的纳米压痕研究

为研究纳米压痕过程中晶粒尺寸对γ-Ti Al合金力学性能及变形行为的影响,利用Voronoi方法建立多晶γ-Ti Al模型,采用分子动力学方法模拟压头压入不同晶粒尺寸模型的压痕过程,得到相应尺寸下的载荷-深度曲线,并计算了7种晶粒尺寸下γ-Ti Al的硬度。结果表明:当晶粒尺寸小于9.9 nm时,晶粒尺寸与硬度表现出反Hall-Petch关系,位错和晶界活动共同促使材料发生塑性变形,晶界活动起主导作用。当晶粒尺寸大于9.9 nm时,晶粒尺寸与硬度符合Hall-Petch关系,晶界对材料变形影响较小,位错主导基体发生塑性变形。另外,分析了γ-Ti Al在压痕过程中的应力传递和形变恢复过程,发现致密晶界网格结构能够有效抑制压痕缺陷及内应力向材料内部传递;晶粒尺寸越小,压头下方的内应力分布越均匀,沿压痕方向的弹性恢复比越小。     

异步热轧对压力容器钢组织及力学性能的影响

对比研究了异步热轧对压力容器钢组织和力学性能的影响。结果表明:异步轧制材料的晶粒尺寸由表层至中心逐渐增大,表层晶粒达到1 mm;常规轧制沿厚度晶粒尺寸差别较小;常规轧制冲击试样断裂由脆性与韧性构成,而异步轧制试样断裂为韧性;异步轧制的强度及塑性优于常规轧制。