2024-T3铝合金的动态断裂韧性

目的实现2024-T3铝合金动态断裂韧性的测量,揭示加载速率对动态断裂韧性的影响机理。方法采用屏蔽措施避免电磁干扰,测量2024-T3铝合金在不同加载速率下的动态断裂韧性,采用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,理论分析加载速率对动态断裂韧性的影响机理。结果当加载速率小于103MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,2024-T3铝合金的动态断裂韧性约为35 MPa·m~(1/2);当加载速率高于105 MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,动态断裂韧性超过40 MPa·m~(1/2),且随加载速率的增加而不断增大至101 MPa·m~(1/2)。断口分析表明,加载速率较低时,断口形貌为微孔聚集型;当加载速率超过105 MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,断口特征由延性韧窝向准解理形态转变。理论分析表明,上述现象主要是由于裂纹尖端的无位错区域尺寸随加载速率的增大而减小,位错对裂纹尖端应力场的屏蔽效应增大,从而导致裂纹起裂后迅速由韧窝状态向准解理状态转变。结论电磁屏蔽后的电阻应变片法,能够准确测量电磁环境下2024-T3铝合金的动态断裂韧性,且动态断裂韧性表现出明显的应变率敏感性;2024-T3铝合金的微观断裂机制在准静态下为微孔聚集型,加载速率超过105MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,材料的断裂表现为由延性韧窝形态向准解理形态转变。     

Cansas-Ⅱ SiCf/SiC复合材料的高温拉伸蠕变行为

连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC_f/SiC)是发展先进航空发动机的关键材料,航空发动机长时服役要求材料具有优异的高温蠕变性能。本工作研究了平纹编织Cansas-Ⅱ碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_f/SiC)在空气中的高温蠕变行为,蠕变温度为1200～1400℃,应力水平为80～140MPa。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了2D-SiC_f/SiC复合材料的微观组织和断口形貌,使用能谱分析仪(EDS)进行了成分分析。结果表明:当蠕变应力低于比例极限应力(σ_PLS)时, 2D-SiC_f/SiC的蠕变断裂时间超过500h,稳态蠕变速率为1×10^–10～5×10^–10/s,蠕变行为由基体和纤维共同控制。当蠕变应力高于σ_PLS时,复合材料的基体、纤维和界面均发生氧化,蠕变断裂时间显著降低,稳态蠕变速率提高一个数量级,蠕变行为主要由纤维控制。     

一种新型980MPa高强钢的弯曲断裂机理

本文结合不同试验温度下一种新型980MPa高强钢预裂纹COD试验的宏观试验结果以及详细的微观断裂表面观察,研究了这种高强钢的断裂行为。研究结果表明:高强钢具有相当优越的断裂韧性,转变温度大约为-150℃。在-196℃的温度下,准解理开裂控制了整个断裂过程,但它仍然不能扩展通过整个韧带,在宏观曲线上出现POP-IN的扩展特征,微观上表现为准解理特征和韧性撕裂特征断口交替出现;同时发现阻止裂纹扩展的阻力来源于三个方面:原奥氏体晶粒边界,贝氏体团边界以及贝氏体片。这些障碍物在断面上以韧窝形式的撕裂脊出现。在高温下,断裂机理主要是以纤维开裂为主,断口形态主要表现为韧窝断裂面,并有少量单独准解理面。     

高强度桥梁用宽厚板断裂韧性分析

利用示波冲击试验及断口分析的方法对500MPa级桥梁用钢的断裂韧性进行了研究。结果表明：随着温度的降低,冲击总能量Wt和裂纹扩展能量Wp均在减小,裂纹形成能量Wi变化不明显,试样钢的韧一脆转变温度约在-40℃左右。随着温度的降低,材料的断裂方式由最初的韧性断裂转变为胞】生断裂,断裂机理由微孔聚集的韧窝断裂转变为穿晶解理断裂。     

激光增材制造镍基复合材料界面连接机制与断裂行为

基于颗粒增强镍基复合材料优异的结构/功能特性，在航空航天、核电军工和电子电工等领域有着广泛的应用前景。本文选用机械球磨混粉+激光选区熔化方法 (SLM)制备了碳化钨(WC)颗粒增强IN718复合材料(WC/IN718)，对复合材料内部异质界面连接机制、强化机制和断裂行为进行了分析。研究结果表明：随着WC颗粒含量的增加(0wt%～20wt%)，试件成形良好，WC颗粒均匀分布在基体内部，异质界面处无缺陷产生，界面处产生了贫碳的W₂C层和碳化物层，基体合金主要呈柱状晶生长。由于熔池内部能量密度分布不同，低温位置WC颗粒的断裂方式为先形成界面反应层后由热应力引起断裂，高温位置WC颗粒优先发生断裂，断裂成小尺寸颗粒，后与熔化的基体合金形成界面反应层，弥散分布在基体内部。随着WC颗粒含量的增加，复合材料的强度呈现升高的趋势，而断裂韧性降低，抗拉强度最高可达1 280 MPa，强化机制主要为载荷传递强化，断裂机制为WC颗粒的脆性断裂和基体合金的韧性断裂。     

取向电工钢的低温拉伸变形和断裂行为

测量了普通取向电工钢室温至300℃的拉仲性能并观察了拉伸断口形貌.对比分析和定量计算表明,随着拉伸温度的升高P原子在晶界偏聚的程度逐渐降低,使得断口形貌的沿晶特征减弱、解理特征增强.拉伸温度超过100℃以后沿晶断裂特征消失,基体的屈服强度逐渐低于解理强度,使得断口形貌解理特征减弱、韧窝特征增强,至190℃转变成完全的韧窝断口.在100℃-160℃范围内拉伸变形时位错滑移会拖曳柯垂尔气团随之迁移,造成了随温度升高延伸率下降,且屈服强度的降幅减缓.     

失效分析技术及应用 第八讲 疲劳断裂失效显微形貌分析

疲劳断裂失效的显微形貌最突出的特征是疲劳辉纹条纹和轮胎压痕花样,这两个特征常常作为疲劳断裂失效或疲劳断口的显微判据,即在未知断口上如果能够观察到这两种特征之一就可以判断未知断裂或断口为疲劳断裂或疲劳断口。另外,疲劳断裂失效断口还具有解理或准解理、韧窝花样、蛇行滑移花样、二次裂纹等显微形貌特征。     

以钙云母为主相的可切削微晶玻璃的显微结构和性能

研究根据提高云母层结合强度的构想,研制以钙云母为主相可切削微晶玻璃,以钙云母和氧化锆为主相的微晶玻璃,具有棒状,长径比大,相互交错的晶粒,强度184MPa,断裂韧性2.17MPa.m^1/2,比目前临床用VITA提高了一倍,切削性能优良,材料的断裂和加工断口主要是云母层间的解理断裂和准解理断裂,故切削面光滑,易于保证加工的精度。同时说明提高云母层间结合强度是此类材料增强的本质所在。     

Ni-Co/WC-Graphite复合熔覆层的组织与三点弯曲行为

采用真空熔覆技术制备了Ni-Co/WC-Graphite(G)复合熔覆层,采用SEM、XRD等分析了微观组织及相组成,利用三点弯曲研究了复合熔覆层的弯曲行为,并分析了断口形貌特征、微区元素分析与断裂机制。结果表明:整个Ni-Co/WC-G熔覆层包括复合层区、过渡层区、扩散冶金熔合带以及热影响扩散区,复合层区呈现三维织构组织特征,主要组成相有Cr_7C_3、Cr_(23)C_6、Ni_3Si、CrB、WC、C和γ-Ni-Co固溶体,扩散影响区主要组织为珠光体,扩散冶金熔合带及过渡层主要组成相为镍钴基合金固溶体及金属间化合物;具有复合熔覆层试样的三点弯曲载荷-位移曲线初始呈线性变化,而后曲线斜率逐渐减小,在达到载荷峰值时Ni-Co/WC-G复合熔覆层在承受压应力时溃裂,而在承受拉应力时断裂,由于过渡层、扩散冶金带以及热影响扩散区的存在,使载荷在熔覆层失效后仍在一定范围内缓慢增加,熔覆层区断口形貌呈沿晶或穿晶特征,基体侧的热影响扩散区呈扇形解理断裂特征,远离界面的基体区域为具有大量韧窝的韧性断裂。     

定向凝固 NiAl/Cr(Mo,Hf)合金的微观组织及力学性能

研究了定向凝固NiAl-28Cr-5.85Mo-0.15Hf合金的微观组织与在293～1373K温度范围内的力学性能.结果表明:合金是由NiAl枝晶轴和枝晶间区(NiAl和Cr(Mo)相的共晶)组成的.经过长期固溶时效处理NiAl/Cr(Mo)合金析出少量弥散分布的Huesler相,其余Hf以固溶体方式存在.DSNiAl-28Cr-5.85Mo-0.15Hf合金具有明显的韧脆转变行为,韧脆转变温度依赖于应变速率.室温拉伸断口呈现明显的解理断裂,而韧脆转变温度在以上时,合金具有较大的变形量,断口上有许多韧窝,呈现明显的塑性断裂特征.     

电铸nano-Al2O3 / Cu 复合材料的组织与性能

采用复合电铸工艺, 在硫酸铜镀液中加入纳米氧化铝颗粒制备了纳米颗粒弥散增强铜基复合材料, 利用扫描电镜、电子透镜对复合材料的表面、拉伸断面和摩擦磨损表面的形貌以及微观组织进行了观察, 并对显微硬度、拉伸性能、磨损性能及电阻率进行了研究。结果显示, 氧化铝颗粒及其团聚体以纳米级尺寸弥散分布在铜基体中, 且与铜基体结合良好。复合材料的硬度最大增幅达42 %。氧化铝颗粒含量在1. 26 %时, 复合材料的拉伸强度和延伸率分别高达385 MPa 、26 %。相对电铸纯铜, 复合材料的耐磨性能明显提高, 而复合材料的电阻率最大增幅小于6 %。      

亚麻落麻纤维/聚乳酸基完全可降解复合材料的成型工艺

以亚麻落麻纤维、 聚乳酸纤维为原料 , 采用非织造加工方法制作预成型件后 , 采用模压工艺将预成型件制成亚麻落麻纤维/聚乳酸基完全可降解复合材料。分别研究了预成型件制作工艺中梳理次数、 增强纤维体积分数及模压成型工艺中模压温度对复合材料拉伸性能的影响 , 并采用扫描电镜 ( SEM) 研究了复合材料的拉伸断裂形貌和界面结合状况。结果表明 : 纤维体积分数为 391 6 %、 模压温度为 190 ℃时材料具有最好的拉伸性能 ;随着梳理次数的增多 , 其拉伸强度先升高后下降 , 梳理 2次时其力学性能最优。材料的拉伸断口形貌表明 , 聚乳酸基材料为脆性断裂 , 增强纤维与树脂基体之间的界面结合有待进一步改善。      

挤压温度对15 vol %SiCP/ Mg-9Al 镁基复合材料拉伸性能与断口形貌的影响

研究了挤压温度对粉末挤压法制备镁基复合材料室温拉伸性能和断口形貌的影响。实验结果表明: 复合材料在350～450 ℃温度范围内挤压温度越高, SiC 颗粒分布越均匀, 致密度越高, 复合材料强度、延伸率上升;复合材料断裂方式随着挤压温度升高由颗粒/ 基体脱粘向颗粒断裂转变。      

石蜡/聚乙烯醇相变储能纤维的制备与表征

以石蜡为相变物质, 聚乙烯醇为纤维基材, 采用湿法复合纺丝法制得石蜡质量分数为 30 %的相变储能纤维。采用扫描电子显微镜、 广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪表征了纤维的结构以及相变储能性。结果表明, 石蜡/聚乙烯醇纤维缩醛化后, 石蜡以岛相分散于纤维基体海相中, 结晶含量占储能纤维的34 %。储能纤维干热拉伸倍数为2～4倍时, 热效率变化为81. 9 %～71. 2 % , 并且洗涤 25 次之后, 控温性能仍然良好。石蜡/聚乙烯醇储能纤维的线密度、强度与初始模量分别为 0. 62～0. 32 tex、28. 1～66. 2 N/tex、373～794 N/tex,水中软化点达108℃, 满足服用纤维的要求。      

( Ti| Me) ( C,N) / Ni 的润湿性及其价电子结构

运用座滴法研究了( Ti , Me) (C , N) / Ni 体系的润湿性;运用经验电子理论( EET 理论) 计算了多元陶瓷相的价电子结构(VES) , 建立了陶瓷相化学成分与价电子结构的关系, 并建立了价电子结构与接触角的回归关系式。结果表明, 提高温度、延长保温时间均使体系接触角减小; 碳化物的添加使体系接触角进一步减小,碳化物改善润湿性能力的大小依次为: Mo₂C > TaC > WC > VC > NbC。不同碳化物的添加均能导致最强键上共价电子数n_A 增加, 其中添加VC 的影响最为明显, 依次为VC > Mo₂C > NbC > WC > TaC。      

剑麻纤维增强胶原基复合材料

用戊二醛作交联剂对皮革下脚料中提取的胶原水解物进行交联改性,采用溶胀度表征了材料的交联程度。探讨了戊二醛用量、胶原蛋白浓度和丙三醇含量对材料溶胀度的影响,并使用红外光谱对交联产物进行了表征。以改性胶原蛋白为基体、剑麻纤维为增强相,制备了剑麻纤维/胶原蛋白复合材料。用扫描电子显微镜对复合材料的形貌进行了表征,探讨了剑麻纤维的表面处理、纤维含量以及长度对复合材料力学性能的影响。结果表明,对剑麻纤维表面进行碱处理可以改善纤维的表面结构,增加纤维与基体的界面粘结,提高复合材料的力学性能。当剑麻纤维质量分数为15 %、纤维长度为 7～8 mm时,复合材料具有较好的力学性能。该复合材料可望在包装垫隔材料方面得以应用。      

导电炭黑填充PP-EAA 复合材料的形态及电性能

以聚丙烯(PP) 和乙烯-丙烯酸共聚物( EAA) 的共混物为基体材料, 以导电炭黑为填料, 通过熔融共混的方法制备了导电复合材料。探讨了导电炭黑在两相基体中的分散情况以及聚丙烯结晶度对复合体系导电性能的影响。扫描电镜测试结果表明, 在共混物中炭黑粒子选择性分散在极性EAA 树脂中, 同时EAA 树脂在聚丙烯基体中形成连续网络结构, 从而显著降低了复合体系的渗滤阈值。电性能测试结果表明, 材料在相同导电炭黑含量下的体积电阻率相对于单基体体系有7～8 个数量级的降低, 并且结晶度较高的PP 更有利于降低复合体系的体积电阻率。此外, 炭黑/ PP-EAA 复合材料的拉伸强度相对于炭黑/ PP 体系有所下降, 而断裂伸长率有所提高。      

B4C改性酚醛树脂粘接SiC陶瓷的高温性能

以酚醛树脂为基体,B₄C为改性填料制备出高温粘结剂,并对 SiC陶瓷进行粘接。对粘接样品热处理之后测试各试样的室温剪切强度。结果表明,700 ～800℃ 热处理后,胶层剪切强度超过 20 MPa。利用扫描电镜以及能谱仪研究粘接试样的断面形貌及其结构特征 , 并借助裂解色谱/质谱联用仪研究了酚醛树脂及B₄C改性酚醛树脂 750℃ 裂解的主要挥发分。研究表明,B₄C与CO等挥发分之间的改性反应可以有效地改善粘结胶层高温下的结构致密性、稳定性。反应产物B ₂O ₃高温熔融,具有良好的润湿/粘附性,可在一定程度上愈合、修补树脂热解产生的收缩缺陷;B₂O₃与树脂基体活性部位形成化学键合,提高了树脂基体的高温稳定性和结合强度,从而实现高温下的良好粘接。     

两种先驱体低温裂解制备石英纤维增强氮化硅复合材料

以全氢聚硅氮烷( PHPS) 和聚甲基硅氮烷( PHMS) 为陶瓷先驱体, 通过循环浸渍和600 ℃低温裂解分别制备了三维石英纤维增强氮化硅复合材料, 对比研究了复合材料的力学性能和微观结构。结果表明: 由PHPS 制备的复合材料密度为1. 83 g/ cm3 , 气孔率10 % , 弯曲强度45. 4 MPa , 材料断口平整, 纤维基体界面结合强; 而由PHMS 制备的复合材料密度仅为1. 66 g/ cm3 , 气孔率16 % , 却具有更高的弯曲强度56. 3 MPa , 材料断面较粗糙,界面结合较弱。先驱体活性不同是导致复合材料界面结合强弱及力学性能不同的主要原因。      

基于声发射信号模式识别的 UHMWPE/ LDPE复合材料损伤机制分析

测定了 U HMWPE/ LDPE复合材料在准静态拉伸作用下的声发射 (AE) 信号 , 用无监督模式识别方法对预处理后的 AE信号进行分类 , 据此分析了几种试样 (0° 、90° 和 [ + 45° / - 45° ]) 的损伤机制。研究表明 ,模式识别 (PR) 方法能识别出试样中基体开裂、 纤维2基体界面脱粘、 纤维抽拔和纤维断裂等损伤模式 , 识别结果与利用扫描电子显微镜 (SEM) 对破坏断面观察得到的结果一致。U HMWPE/ LDPE复合材料的 AE信号特征只受损伤模式的影响而与试样类型无关 , PR方法能有效地区分不同损伤模式的 AE信号 , 每种损伤模式的 AE信号累计数对应变的关系曲线能清楚地反映复合材料的损伤进程。AE信号的 PR分析为复合材料的损伤机制分析提供了准确依据。