镍基粉末高温合金中夹杂物的微观力学行为研究

采用扫描电镜原位拉伸和原位疲劳实验,直接跟踪观察人工植入夹杂(Al2O3)的粉末高温合金(P/MRene95)中夹杂物的微观力学行为(特别是裂纹的萌生、扩展以致断裂的过程）。同时，采用ANSYS有限元分析软件，建立含夹杂物的P／MRene95合金的有限元分析模型，计算在受力状态下夹杂物及其周围基体的应力应变场分布，进而从宏观动力学角度分析夹杂物的微观力学行为。     

疲劳载荷下P／M Rene95合金中夹杂物的微观行为研究

采用人工植入Al2O3夹杂的试样，通过SEM下的原位试验，动态跟踪及分析了拉－拉疲劳载荷下P／M Rene95合金中表面或近表面夹杂物的微观行为。结果表明：在所研究的夹杂物的尺度范围内，载荷波形对夹杂物的微观力学行为有很大影响。在三角波加载条件下，虽然夹杂物／基体界面更易萌生裂纹，但表面或近表面夹杂物对试样的断裂影响较小；在正弦波载荷条件下，疲劳裂纹的萌生、扩展及试样的断裂均与表面或近表面夹杂物的基本特性有关。而且，降低正弦波加载时的应力幅值可大大提高夹杂物／基体界面疲劳裂纹的萌生寿命。     

非金属夹杂物对FGH95合金微观拉伸行为的影响

通过扫描电镜原位拉伸实验，动态跟踪观察了2种非金属夹杂物对FGH95合金裂纹萌生和扩展的影响规律。结果表明，裂纹在夹杂物处萌生，塑性莫来石类夹杂的尖角处，是裂纹萌生的择优位置。在最大正应力和最大剪应力的作用下，裂纹沿与主应力轴垂直或约45°向夹杂内部扩展。当裂纹扩展到基体中之后，呈锯齿状向基体内扩展，但主裂纹所在平面仍与主应力轴垂直，其尖端变形带内有明显的滑移线出现。夹杂物附近基体中的贫γ′相区，断口呈韧性沿晶断裂，而远离夹杂物的基体处则变为穿晶断裂。     

A356合金原位拉伸裂纹萌生与扩展行为分析

采用扫描电镜原位拉伸观察了电解低钛A356合金铸态下裂纹萌生与扩展特征。结果表明:铸态A356合金裂纹优先萌生于二次枝晶臂间薄弱的共晶体区、大块的共晶硅相处;裂纹的扩展主要是微裂纹易沿着共晶体与基体界面扩展,合金组织中的共晶硅相对裂纹的扩展有一定的阻碍作用,当裂纹与共晶硅颗粒相遇时,扩展方向发生偏离而转向裂纹尖端前沿处有共晶体区开裂、共晶硅相发生断裂、或与基体界面发生分离的更薄弱区。     

非金属夹杂物对钢帘线盘条抗拉强度及断裂行为影响

用金相显微镜和扫描电子显微镜研究了盘条中非金属夹杂物的形态与类型及其对盘条使用过程中断裂行为的影响,并测试了盘条的抗拉强度。盘条在使用过程中发生断裂,断口呈杯锥状和撕裂状。裂纹萌生于非金属夹杂物与基体的界面处;在后续的拉拔或捻股过程中,裂纹沿着夹杂物快速扩展,导致钢丝断裂。     

半固态流变成形AZ91D汽车零件裂纹萌生和扩展

制备了半固态流变成形AZ91D汽车轮胎主动安全装置零件,通过"25 000km路试试验"和"轿车突然放气继续行驶50km路试试验",研究了该零件的疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明,该汽车零件疲劳裂纹主要在夹杂、夹杂与基体界面、第二相粒子与基体界面、气孔等区域萌生;应力控制成核机制是尺寸较大夹杂处裂纹荫生的重要原因之一,塑性应变控制机制为第二相粒子/基体界面或细小夹杂/基体界面裂纹荫生的重要因素;其力学短裂纹扩展初期以邻近的短裂纹汇合扩展为主要特征,扩展过程存在裂纹闭合效应,塑性诱发的裂纹闭合机制是主要因素。     

A390铝合金汽车发动机缸套静载拉伸时的断裂行为

分别通过金属型重力铸造和挤压铸造制备了成分相同而显微组织不同的A390合金汽车发动机缸套,并用原位拉伸试验法研究了缸套试样在静载拉伸时的裂纹萌生与扩展行为。试验结果表明,在金属型铸造的合金样品中,微裂纹最初萌生于初生Si上,但未扩展到基体上;主裂纹的萌生来源于基体的剪切带变形,具有较大长宽比的共晶Si为主裂纹提供了快速扩展通道,即具有较大长宽比的共晶Si比初生Si更易扩展主裂纹;在挤压铸造的合金样品中,最初的微裂纹同样萌生于初生Si上,但这些微裂纹扩展到基体上并相互连接成为一条主裂纹;此外,挤压铸造合金中的微裂纹几乎不出现在球状共晶Si上,而初生Si被主裂纹穿过的现象更为普遍。分析结果表明,过共晶Al-Si合金中的初生Si和共晶Si的尺寸大小与形貌分布需要合理搭配与相互协调才能获得更好的力学性能。     

纯铝/硬铝双金属界面裂纹扩展过程的SEM原位观察

应用扫描电子显微镜原位拉伸方法研究了纯铝/硬铝爆炸焊接界面微观断裂机制.结果表明:在单向拉伸情况下,在夹杂和应力集中等薄弱位置萌生的界面微裂纹为典型扩展金属/金属界面裂纹机制;微裂纹以脆性方式导致界面分离,或以其裂尖区域位错发射的延性方式长大;主裂纹和微裂纹以通过在界面一侧金属中其间韧带断裂方式连接,最后失稳扩展.在扩展路径上,界面和金属交替出现,且界面的断裂韧性不如相应单一材料的断裂韧性.     

夹杂物对超高强度钢低周疲劳裂纹萌生及扩展影响的原位观测

采用扫描电镜原位观测了数微米大小夹杂物对超高强度钢疲劳裂纹萌生及扩展的影响,并用有限元法解释了夹杂物尺寸和形状对疲劳裂纹萌生及初期扩展的影响程度,得到了超高强度钢低周疲劳裂纹萌生与扩展特性和夹杂物对疲劳破坏的关键尺寸的估计值．同时,讨论了现行实验方法对确定铁基材料裂纹扩展速率的作用．     

改性高锰钢裂纹萌生与扩展的原位拉伸研究

借助扫描电镜(SEM)装载的原位拉伸台,观察了经热处理的两种改性高锰钢裂纹萌生与扩展的动态变化过程。结果表明,在改性高锰钢原位拉伸过程中,裂纹源主要为预制缺口处、滑移线密集处、第二相/奥氏体界面及晶界。载荷使奥氏体基体内部形成高密度滑移线,裂纹扩展以向晶内滑移线密集处扩展为主,碳化物/奥氏体界面次之。对于含C和Mn较高的改性高锰钢Mn18,当塑性变形达到一定程度后,由于位错塞积和晶界阻碍效应,碳化物与基体的协同运动受到阻碍,在较大颗粒状碳化物/奥氏体界面产生应力集中,裂纹由此扩展而发生断裂。     

TiC／Ti复合材料动态拉伸的裂纹形成及扩展机制

采用熔铸法制备的原位自生TiC／Ti复合材料，在SEM中静载动态拉伸，原位观察和研究了裂纹的萌生及扩展机制。结果表明，TiC颗粒表面及应力集中处最容易萌生微裂纹；在不同位置萌生的微裂纹中，处于有利位向的微裂纹不断扩展，并与周围的裂纹连接形成主裂纹；主裂纹扩展主要是通过自身扩展与周围的裂纹连接相结合的方式进行，当裂纹扩展受阻时，裂纹前方颗粒处形成新的裂纹或基体中形成塑性坑，并通过扩展相互连接；裂纹扩展到一定程度后，试样全面失稳而迅速断裂。根据试验观察与分析建立了裂纹萌生与扩展模型。     

粉末高温合金颗粒界面及断裂研究

研究了Rene95粉末高温合金原始颗粒边界(PPB)析出相的形貌和分布状态,及其对As—HIP合金力学性能、断口形貌和微观断裂特性的影响,原始颗粒边界密集分布的析出相质点会导致颗粒间结合界面的脆化,降低塑性,断裂沿颗粒的球面进行增大析出质点的间距,可改善合金的界面结合强度,提高HIP合金的高温塑性、持久寿命,断裂变为穿颗粒进行     

氢化物对N18锆合金原位拉伸断裂行为的影响

对电解渗氢后的N18锆合金进行了扫描电镜下原位拉伸试验,观察了裂纹在氢化物中的萌发与扩展过程,研究了氢化物对拉伸性能和断裂行为的影响。研究发现,拉伸时试样会发生颈缩,基体断口上存在大量韧窝,呈韧性断裂,使渗氢后的N18锆合金具有一定的塑性。小裂纹在带状氢化物簇中萌发并迅速扩展,但基体对小裂纹的扩展有钝化作用,使小裂纹转化成孔洞。断口表面上,脆性氢化物与基体之间还会形成二次裂纹,其形状和分布与氢化物的形状和分布相似。孔洞与二次裂纹都会使含氢锆合金的塑性降低。     

42CrMo钢风电主轴开裂失效的组织缺陷分析

利用光学显微镜、扫描电镜和电子探针对热处理后开裂的42CrMo钢制大型风电主轴进行微观组织形貌及微区成分分析。结果表明,主轴裂纹附近存在大量的硫化物及氮化物夹杂,且夹杂物与基体存在明显的间隙面,易以界面脱粘开裂机制产生裂纹,同时夹杂处的微区成分偏析及裂纹附近的缩松缺陷共同作用最终导致主轴开裂。     

高温合金焊接接头动态拉伸变形断裂行为

借助扫描电子显微镜(SEM)的专用拉伸台,通过取自相同焊接接头疲劳试件的原位拉伸试验和疲劳试验,分析了高温合金焊接接头原位拉伸的动态断裂过程,讨论了原位拉伸断裂行为与疲劳断裂的关系。结果表明,高温合金熔化焊接接头强韧性良好,断裂前应变可达17．5％,具有明显的形变强化效应;焊缝断裂形貌与应力状态密切相关,在平面应力状态下,裂纹形成于熔合区晶内缺陷和晶界交汇处,以延性剪切型断裂为主,在应力集中的棱角处,易诱发穿晶脆断;焊缝熔合区的微观组织不均匀性和焊趾应力集中的联合作用将使焊接接头在疲劳试验过程中发生应变硬化,引发疲劳裂纹。     

In-situ dendrite reinforced Dy-based amorphous matrix composites

In-situ dendritic reinforced Dy-Fe-Al amorphous matrix composites with a diameter of 3 mm were designed and fabricated by conventional Cu-mold casting method. XRD and SEM analyses were conducted to investigate the microstructure, the mechanical properties and the deformation and fracture behaviors of the composites. The forming mechanism and the deformation and fracture mechanism of the composites were discussed. The results indicate that the microstructures of composites consist of metallic glass matrix and α-Dy dendritic phase. The composites exhibit good mechanical properties with compressive fracture strength of 1 063 MPa, which is attributed to the effective bearing-load ability of the α-Dy dendrites and the glassy matrix and the restriction to the expanding of shear bands and cracks of the α-Dy dendrites. The nature of in-situ crystalline phases embedded in the amorphous matrix for in-situ crystallite reinforced Dy-Fe-Al amorphous matrix composites has a more important influence on the mechanical properties, the deformation and fracture behavior of the composites.     

堆焊快速成形低碳钢件的裂纹形成机理

采用SEM观察了堆焊快速成形低碳钢件的裂纹微观形貌.结果表明,裂纹萌生于成形件的初始沉积层,沿沉积高度方向扩展,终止于成形件表面之下.采用OM和EDS分析了成形件中的偏析与夹杂物成分,利用XRD分析了成形件中的残余奥氏体含量,成形件中的裂纹为液化热裂纹,在多层多道连续堆焊成形过程中,Mn,Si的氧化物、Mo的碳化物以及Ni金属间化合物的偏析是裂纹形成的内因,拉应力是裂纹形成的外因.通过合理匹配Mn,Ni,Si元素的含量,添加稀土元素Ce净化焊缝金属,采用层层正交的路径沉积,延长层间隔时间,可以消除堆焊快速成形低碳钢件的裂纹.     

SDH2与8407钢热疲劳性能的对比研究

采用Uddeholm自约束热疲劳试验机研究了新钢种（SDH2）和ASSAB8407钢的热疲劳性能，结果显示，SDH2钢具有比8407钢更好的热疲劳性能，其热疲劳损伤因子相对8407钢降低30％~60％。并采用扫描电镜探寻热疲劳裂纹萌生与扩展的机制得知，热疲劳裂纹常在硅酸盐类、MnS、氧化铝和富V大块碳化物与基体的交界面上和晶界处萌生，并沿链状碳化物和晶界扩展。