微量元素铈对Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr合金强化和 断裂机制的影响

采用断裂性能测试、扫描电镜(SEM)断口分析、透射电镜(TEM)观察等手段研究了微量元素Ce对Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr合金强化和断裂机制的影响。实验结果表明: 添加微量元素Ce并不改变合金主要强化析出相(T₁、θ')的种类, 但是能够促进T1相细小均匀弥散分布, 提高合金强度以及断裂韧性。随着Ce含量的增加, T1相析出密度越大, 分布越均匀, 强化效果越好。添加0.3%Ce的合金强度明显高于添加0.15%Ce的合金, 添加Ce的合金断裂韧性明显高于不加Ce的合金, 并且Ce能够使合金组织分层薄化, 在一定程度上改变合金的断裂行为方式, 减少了沿晶断裂的趋势。断裂韧性断口扫描分析表明, 合金的断裂方式随Ce含量的增加逐渐由沿晶脆性断裂转变为穿晶-沿晶分层断裂方式。     

分级淬火对7N65铝合金微观组织和断裂韧性的影响

通过分级淬火实验研究了7N65合金在不同保温温度与不同保温时间下的硬度(HV)和单位裂纹形核功(UIE)变化，绘制了合金的TTP-HV曲线及TTP-UIE曲线。结合扫描电镜、透射电镜等表征方法，对不同温度下的第二相析出行为进行了研究。结果表明，高温(390～450℃)保温时，晶界析出相以S(Al₂CuMg)相为主，随着保温时间延长，其尺寸与数量增大，合金断裂韧性下降，断裂方式为沿扁平晶粒断开的脆性断裂；低温(250～390℃)保温时，晶界析出相以η(MgZn₂)相为主，随着保温时间延长，晶界特征变化不大，晶内η相数量增加、尺寸增大，导致晶内强度降低，晶内-晶界强度差减小，合金断裂韧性上升，断裂方式为穿晶断裂。     

人工时效对2090和2090＋Ce合金板材各向异性的影响

以2090铝锂合和2090＋Ce铝锂合金（添加微量稀土元素Ce）两种合金板材为研究对象,结合两合金人工时效过程中脱溶沉淀的定量分析和不同取向机械性能测试结果,探索影响两合金屈服强度各向异性的微观因素及微量的作用。     

含稀土铝锂合金的分层韧化及数学分析

从宏观性能与断口微形貌角度研究了２０９０＋Ｃｅ合金时效过程中的韧化剂,１５００℃时效比１６３℃时效具有更佳的断裂韧性,归因于其高的层内韧化水平。;裂纹扩展过程中,继口主断裂面塑变迹象减弱,短横向分层程度增大,分层韧化机制不断加强,整个韧化机制在此过程中产生相应改变。     

2050铝锂合金厚板的断裂韧性及微观组织

通过力学性能测试及扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),对2050铝锂合金厚板150℃T8态时效时不同方向的拉伸性能、断裂韧性及微观组织进行了研究.结果表明:随着时效的进行,2050铝锂合金厚板强度逐渐升高,伸长率和断裂韧性逐渐降低;时效至30h时,合金达到时效峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为598MPa,568 MPa,9.6%;继续延长时效时间,合金的拉伸性能和断裂韧性均趋于稳定.T1相和θ′相的析出有利于合金强度的提高,但T1相的长大易导致应力集中和微孔形成,从而降低合金的断裂韧性.该合金在L-T方向(轧向)的拉伸性能明显优于T-L(横向)和S-L(厚向)两个方向,且断裂韧性存在明显的方向依赖性.在时效各阶段,合金的断裂韧性值在L-T,T-L,S-L三个方向上依次降低;合金晶界在L-T方向的数量较少且裂纹扩展无方向性,断裂韧性和拉伸性能较优.     

时效处理对QBe2合金弯曲变形与微观组织的影响

通过三点弯曲实验和金相分析, 研究了时效处理对QBe2合金弯曲变形与微观组织的影响。结果表明, 相同状态下(硬态、半硬态), 在300, 350, 400, 450 ℃下进行时效处理, 随温度升高, QBe2合金最大弯曲变形应力均比原始试样减小;硬态、400 ℃/4 h时效处理后合金的最大弯曲应力最小, 为23.52 GPa;时效后硬态铍青铜的抗弯曲变形效果比半硬态好;随时效温度升高, 组织内γ相含量、晶界反应量不断增多。     

T应力对半圆盘岩石试件裂纹断裂及扩展机理研究

为将常规的最大周向应力扩展准则与考虑T应力的修正最大周向应力准则的理论预测结果及试验测试结果进行对比,验证笔者建立的修正最大周向应力裂纹扩展准则的准确性,得到T应力对断裂韧性及裂纹扩展规律的影响,采用三点弯曲半圆盘试件,通过改变预制裂纹方向,对Ⅰ-Ⅱ复合型断裂韧性和裂纹起始扩展角进行了研究。研究结果表明:当考虑T应力后,纯Ⅰ型裂纹扩展角不再保持为0,裂纹扩展方向发生偏折;关于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂而言,当T应力为正时,材料抵抗裂纹继续扩展的能力增强,断裂强度增大;当T应力为负时,材料抵抗裂纹继续扩展的能力减弱,断裂韧性会减小。T应力对裂纹起裂角及临界应力强度因子的影响是不可忽略的,尤其是对Ⅱ型断裂影响更为显著,GMTS准则能够更好的预测岩石复合型裂纹初始扩展角及断裂韧性。     

铝锂合金原位拉伸断裂行为研究

采用OM,SEM,TEM及拉伸试验机等测试分析手段对T3和T6两种状态的铝锂合金的组织特征及拉伸行为进行研究,同时通过原位观察试验方法对拉伸试样的组织演变规律进行了研究.组织分析表明,T3态铝锂合金主要强化相是弥散细小的δ''相,T6态铝锂合金主要析出相是δ''相、θ''相以及部分小尺寸T1相.原位拉伸结果表明:T3铝锂合金晶内出现大量滑移带,随拉伸应变的增大,滑移带越来越粗大,并出现交叉滑移,裂纹在粗大第二相及滑移带交叉位置萌生并沿滑移带扩展;T6态铝锂合金晶内滑移带相对较少,裂纹主要形成于粗大第二相及晶界位置并沿晶界及第二相扩展;T3态铝锂合金中δ''相与基体共格,易被位错切过,因此断口主要为滑移剪切穿晶断裂形貌;T6态铝锂合金中部分T1相在位错作用下发生变形,对位错阻碍作用较强,断口分层严重,存在大量沿晶二次裂纹,以沿晶断裂为主.     

固溶处理对Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr合金组织与性能的影响

通过力学性能、电导率测试和差示扫描量热法(DSC)、能谱分析(EDX)及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察, 分析研究了固溶处理对Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr合金组织与性能的影响。结果表明: 当固溶时间为30 min时, 随固溶温度升高, 合金的拉伸强度和硬度先升高后降低, 520 ℃固溶温度下合金的力学性能最好; 520 ℃下, 随固溶时间的延长, 合金力学性能也呈现出先升高后降低的趋势; 520 ℃/30 min固溶处理的合金能获得最佳时效组织模式, T1相数量多、尺寸细小、弥散分布, 合金的综合力学性能最佳, 在此固溶制度下合金的断裂机制呈现穿晶断裂和沿晶分层断裂的混合断裂模式; 固溶温度为525 ℃时合金有局部过烧现象。     

AZ31连铸板的高温压缩变形行为及组织演变

合金在高温下的流变应力与组织演变特征是构建合金热加工参数的重要基础。基于此,利用Gleeble 1500D对AZ31连铸板在温度为450和500℃、应变速率为0.15 s^(-1)的压缩行为进行了研究,并将其与400℃及以下温度的压缩变形行为进行了对比。结果发现:随着温度的升高,合金的稳态流变应力值下降,在500℃进行35%变形时仅约28.2 MPa;在较低温度时,合金流变应力取向差异(0°试样<5°试样<10°试样)随温度升高而消失;不同于稳态流变应力的变化,再结晶比例则随变形温度的升高而增大,变形量与再结晶比例之间保持正相关,而取样角度使得再结晶比例的取向性较强,500℃时再结晶比例在不同取样方向上遵循0°试样<5°试样<10°试样的变化趋势;随着变形量的进行,动态再结晶越来越充分,其组织形貌逐渐由晶界处的零散分布再结晶晶粒向“项链状”再结晶分布转变,并且逐渐呈包围状态向晶体内部扩展,最后完全取代原始连铸板组织。此外,通过示意图的方式再现了合金再结晶的形核与长大过程。     

不同瓦斯压力下煤岩三点弯曲断裂特性研究

为探求含瓦斯煤I型裂纹断裂韧度及断裂过程裂纹扩展特性,以原煤制作中心直裂纹半圆盘三点弯曲试样为研究对象,利用自行研制的带视窗的含瓦斯煤岩试验装置,开展了不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤I型裂纹断裂特性研究。研究结果表明：在瓦斯赋存状态下,随瓦斯压力的增大,I型断裂韧度及断裂能耗呈逐渐降低的趋势;含瓦斯煤试样扰度逐渐增大,试样在破坏前塑性形变逐渐明显;裂纹初始扩展速度显著增加（瓦斯压力由0增加至1.5 MPa时,其初始扩展速度由78 m/s提高至239 m/s）,且随裂纹长度的增加,扩展速度明显降低;通过数字散斑方法,清晰的描述试样表面变形及裂纹扩展过程,并得到裂纹扩展前的损伤区域。     

软弱复杂矿岩亚临界裂纹扩展机制分析

采用双扭试件常位移松弛法, 对某矿软弱复杂矿岩进行了亚临界裂纹扩展试验研究, 测得其断裂韧度值和应力腐蚀下限值, 并按Charles理论与Hillig & Charles理论对试验结果进行了线性回归, 确定了采场矿岩亚临界裂纹扩展速度与应力强度因子之间的关系, 试验复相关系数分别为0.9254和0.9247, 均在显著性水平 0.01上。试验结果表明, 该矿软弱复杂矿岩的应力腐蚀亚临界裂纹扩展是拉应力和裂纹尖端物质与环境中的腐蚀介质发生化学反应, 使化学键断裂这两种机制联合作用的结果; 应力强度因子与亚临界裂纹扩展速度对数关系能很好地呈线性。     

Testing study of subcritical crack growth velocity and fracture toughness of marble

Subcritical crack growth of double torsion specimens made of marble was studied using Instron1342 type electro hydraulic servo test machine. The relations of the mode-Ⅰ stress intensity factor KI versus the subcritical crack growth velocity V and the fracture toughness KIC were obtained by the double torsion constant displacement load relaxation method. The behavior of subcritical crack growth was analyzed. The results show that IgKI-IgV relations of marble measured by this method accord with linear rule, i.e.the relations between subcritical crack growth velocity Vand stress intensity factor KI have a power law, which is in good agreement with Charles theory. The testing results provide a basis for time-dependency of rock engineering stability.     

应力比对热等静压Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

采用标准C(T)试样测定热等静压Ti-6Al-4V钛合金在应力比R=0.1、0.4和0.7的条件下疲劳裂纹扩展速率,获得相应条件下的疲劳裂纹扩展数据,绘制了对应的裂纹扩展速率与应力场强度因子(da/dN-ΔK)关系曲线,并结合疲劳裂纹扩展路径和断口形貌分析探究应力比R对热等静压Ti-6Al-4V钛合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着应力比R的增大,裂纹扩展门槛值ΔKtn减小。相同ΔK下,裂纹扩展速率da/dN随应力比R一同增大,致使da/dN-ΔK关系曲线向左上移动;裂纹能够穿过等轴晶α相和纤薄的α片层结构呈直线型扩展,遇到较厚的α片层结构时,裂纹偏转并沿原始α片层方向继续扩展,最终发生断裂;断口由预裂区、稳态扩展区和快速断裂区构成,分别对应于疲劳裂纹扩展的三个阶段。     

动压影响下陷落柱破裂机理研究

为研究采场动压对陷落柱裂隙带的扰动破坏机理,采用FLAC3D程序模拟裂隙带内水平应力变化及塑性区分布随工作面推进时的规律。数值模拟结果表明,陷落柱周边裂隙带内的裂隙受开采影响极易发生扩展贯通,进而诱发矿井突水事故。分析结果表明,裂纹因所受水平地应力变小而发生扩展与贯通,从而使裂隙带成为矿井导突水优势通道。     

裂隙岩石拉伸断裂破坏理论分析试探

利用边界配置法对最大周向应力理论、有效应力理论进行了修正,建立了实验室尺度下拉剪裂纹的两种破坏准则,并通过相应的破坏准则建立起了岩石单轴拉伸强度与断裂韧度之间的关系,给出了量化裂隙岩石试件抗拉强度的无量纲量,分析了裂纹倾角、裂纹长度对裂纹尖端开裂角及裂隙岩石试件的抗拉断能力的影响。结果表明,开裂角以及裂隙岩石的抗拉断裂能力(抗拉强度)均随裂纹倾角的增大而增大;对于具有宏观裂隙的试件,开裂角及抗拉断能力随裂隙长度的增加而递减;试件的尺度对裂隙岩石的强度影响不容忽视。     

岩石破坏的损伤——断裂理论

岩石的破坏过程是损伤与断裂综合作用的结果,把损伤理论与断裂理论结合起来对岩石破坏过程进行分析是一种更切合实际的理论方法。利用损伤理论和断裂理论,首先推导了由于岩石的断裂韧性与损伤变量之间的定量关系;然后又讨论了脆性岩石中新裂纹的产生条件和起裂准则。结果表明:综合考虑损伤与断裂的破坏理论是能更好地反映岩石实际破坏过程的一种新的理论,可在以后的理论研究和实际工程中得以更为广泛的应用。     

用SHPB径向冲击边裂纹平台圆环(ECFR)的动态断裂实验

为了研究岩石的Ⅰ型动态断裂韧度测试方法,用大直径(100 mm)分离式霍普金森压杆(SHPB)对边裂纹平台圆环(edge cracked flattened ring,ECFR)砂岩试样进行径向冲击实验。分别用普通应变片和高精度裂纹扩展计2种测试元件监测试样起裂时刻和测定裂纹传播速度,比较了它们的准确性和合理性。用实验-数值结合普适函数分析测定了砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度,初步探讨了动态加载率影响动态起裂韧度的原因,以及裂纹扩展速度对动态扩展韧度的影响,对ECFR试样裂纹扩展路径弯折现象也进行了理论分析。研究结果表明：裂纹扩展计测定比应变片更为灵敏、准确、合理。加载率在(0.74~4.48)×104 MPa·m1/2/s范围内动态起裂韧度随动态加载率的增大而增大,裂纹扩展速度在(0.24~0.34) cR范围内动态扩展韧度随裂纹扩展速度的增大而提高。     

采掘机械齿轮轮齿断裂过程仿真与断裂强度

本文根据断裂力学基本理论,研究了齿轮齿根裂纹形成和扩展,使用有限元法研究并计算了齿轮齿根应力和齿根应力强度因子、裂纹形成位置和扩展方向。通过齿轮断裂过程有限元仿真,分析了齿根应力强度因子随裂纹深度的变化和轮齿断裂路径,说明了齿轮断裂强度的计算方法和断裂过程仿真的意义。     

含偏置裂纹材料断裂韧性的焦散线实验测试

应用落锤冲击加载系统,对含偏置裂纹的半圆盘试件在冲击载荷作用下的动态断裂行为进行了实验研究.结果表明:随着预制裂纹偏置距离的增大,剪应力在裂纹尖端的作用增强,裂纹逐渐由I型向I-II复合型裂纹转变,裂纹起裂需要的时间也略有增加,裂纹在扩展过程中的曲裂程度显著增大;在动态载荷作用下,裂纹的扩展速度在起裂后迅速增大到某一值后呈现不断波动变化的特点,裂纹扩展的平均速度随偏置距离的增加逐渐减小,当裂纹扩展的归一化裂纹竖向长度λ>0.8时,由于冲击点处局部压应力场的影响,裂纹的扩展速度迅速降低;随着裂纹偏置距离的增大,材料的起裂韧性K_IC减小、K_IIC增大.随着裂纹的扩展,裂纹的扩展韧性有所增大.