Fe3Al基金属间化合物的塑性与断裂机制

用分形学研究了 Fe__3Al 基金属间化合物断裂表面的分形维数与温度、塑性及断裂机制之间的关系。结果表明,其拉伸塑性及断裂模式与分形维数 D_F 存在对应关系;其分形维数随温度变化的特征反映了塑性变化特征;且其 D_F 值随测量码尺范围的变化而变化,并分别与占主导地位的断裂机制或微观结构相联系。     

基于激光共聚焦技术对16MnR钢高温损伤后疲劳断裂的分形研究

将16Mn R钢经过不同温度热处理后,制备成紧凑拉伸疲劳试验试样。通过疲劳试验获得了材料疲劳断裂的起裂值Ji。利用激光共聚焦显微镜对试样断口进行了分析,获得了断口表面的三维形貌。用分形理论计算了断口表面的分形维数,对断面的形貌进行了定量分析。结果表明,热处理温度对16Mn R钢的力学性能影响明显,随着热处理温度的变化,钢的起裂值Ji在900℃左右最低;断口表面分形维数也随之变化,起裂值Ji和分形维数之间存在对应关系。     

金属冲击断口的分形分析

本文借助于分形研究了钢在低温冲击条件下,断裂表面的分形维数与冲击韧性,冲击断裂性质以及微观组织之间的关系。实验结果表明,冲击韧性α_K的对数值随分形维数D_F增加成单调上升的直线关系。显微组织的变化对分形维数有重要影响,分形维数与断裂机制之间存在一定的对应关系。     

分形理论在陶瓷材料断裂行为中的应用

综述了近年来分形理论在陶瓷材料断裂行为和断裂机制方面应用的进展情况,主要包括分形理论的产生、陶瓷断口的分形特征和分形维数的测定方法、材料断裂的分形模型以及分形维数与材料性能之间的关系.通过对Al2O3-TiC(AT)和Al2O3-TiC-4%Co(ATC)(体积分数)两种复合材料表面压痕裂纹扩展特征分析和分形维数的计算,获得与其断裂行为相关的信息,结果表明ATC材料的断裂韧性和抗弯强度均有较大提高,其断裂模式从典型的沿晶断裂转变为沿晶/穿晶混合断裂模式,对两种材料表面压痕裂纹的分形计算表明ATC的压痕裂纹具有较高的分形维数,与其较高的断裂韧性存在正比例的对应关系.     

分形理论在陶瓷材料断裂行为中的应用

综述了近年来分形理论在陶瓷材料断裂行为和断裂机制方面应用的进展情况，主要包括分形理论的产生、陶瓷断口的分形特征和分形维数的测定方法、材料断裂的分形模型以及分形维数与材料性能之间的关系。通过对Al2O3-TiC（AT）和Al2O3-TiC-4％Co（ATC）（体积分数）两种复合材料表面压痕裂纹扩展特征分析和分形维数的计算，获得与其断裂行为相关的信息，结果表明ATC材料的断裂韧性和抗弯强度均有较大提高，其断裂模式从典型的沿晶断裂转变为沿晶／穿晶混合断裂模式，对两种材料表面压痕裂纹的分形计算表明ATC的压痕裂纹具有较高的分形维数，与其较高的断裂韧性存在正比例的对应关系。     

图象分析仪在金属断口分维(Fractal维数)分析中的应用

本文根据分形和分维的概念及定义,推导了分维在断口分析中的实用表达式。利用Cambridge Quantiment 900图象分析仪编制了专门用于断口分维数测定的程序MW1,从而使分维数测定非常方便和准确。将该程序应用于在不同温度下经平面应变断裂韧性测试后的钢断口分析。结果表明,断裂韧性值随分维数增加成单调线性地下降。分维数反映了试验温度引起的断裂机制变化。     

超高强度钢应力腐蚀断口的分形维数研究

用垂直剖面法测定了30CrMnSiNi2钢在去离子水中应力腐蚀开裂断口的分形维数。结果表明,在裂纹扩展过程中裂纹尖端塑性区保持很小的条件下,应力腐蚀开裂形成的断裂表面的分形维数与断面的有效表面能密度γ_p之间有正的变化关系。在本工作试验条件下,应力腐蚀开裂过程是使断裂表面增维的过程。文中分析了失稳扩展区断裂表面的分维比紧邻的亚稳扩展区表面的分维低的原因。     

分形几何与Ti（C,N）基金属陶瓷的断裂

本文介绍了分形维数及其在材料断裂科学中的某些应用，用扫描电镜观察了大量金属陶瓷断口，用图象仪测量了断口的分形维数，研究了金属陶瓷在室温三点弯曲条件下，断裂表面的分形维数与横向断裂强度以及微观组织之间的关系。实验结果表明，横向断裂强度σｂｂ的对数值随分形维数ＤＦ增加呈单调上升的直线关系，显微组织的变化对分形维数有重要影响，分形维数与断裂机制之间存在一定的对应关系。     

Cu－Ni－Al单晶的分形断裂与相变增韧

测定了Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ单晶在２０—１２０℃温度范围的断裂韧性ＫＣ和断裂表面的分形维数Ｄｆ．裂纹前沿应力诱导相变使母相有较高的ＫＣ．在单一断裂机制下，ｌｎＫＣ与Ｄｆ之间有简单的线性关系：脆性断裂时斜率为正，韧性断裂时斜率为负．由断裂微观机制与分形概念对上述结果进行分析讨论．     

Cu—Ni—Al单晶的分形断裂与相变增韧

测定了Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ单晶在２０－１２０℃温度范围的断裂韧性Ｋｃ和断裂表面的分形维数Ｄｆ。裂纹前沿应力诱导相变使母相有较高的Ｋｃ，在单一断裂机制下，ｌｎＫｃ与Ｄｆ之间有简单的线性关系；脆性断裂时斜率为正，韧性断裂时斜率为负，由断裂微观机与分形概念对上述结果进行分析讨论。     

系列示波冲击断口三维形貌几何特征和断裂性能

应用示波冲击试验技术测量了Ｐ４６０ＮＬ１钢不同温度系列下的动态断裂性能。利用扫描电镜立体对技术，图像处理与分析和计算视觉方法对示波冲击断口形貌进行了三维重建和定量分析。     

采用环状裂纹圆棒试样测定中低强度钢的断裂韧度

本文应用环状裂纹受拉圆棒试样的尺寸效应于测定中低强度钢的平面应变断裂韧度K_(IC)。所用试样的尺寸比标准试样小很多。用J积分分析了尺寸效应,并通过有限元计算和断口分析探讨了允许用较小尺寸的圆棒试样测定K_(IC)的原因。     

热输入对WEL—TEN780A高强钢焊接热影响区断裂性能和组织的影响

研究了焊接热输入对ＷＥＬ－ＴＥＮ７８０Ａ高强度钢热影响区断裂性能的影响。结果表明,通过控制焊接热输入可以获得理想的焊接热影响区断裂性能。     

陶瓷涂层断裂韧性的表征

由于陶瓷本身的脆性,陶瓷涂层的应用受到了极大的制约。断裂韧性是反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标,陶瓷涂层因为脆性和低维特点,对其断裂韧性的表征存在较大困难,目前主要有临界应力强度因子KⅠC、临界裂纹扩展能量释放率GⅠC和裂纹密度β三种表征方法。本文对上述方法进行了总结、分析。     

FRACTURE TOUGHNESS TEST BY IMPACT-FATIGUE METHOD

多次冲击条件下裂纹尖端应力强度因子的表达式为K_I=(AE/BW)~(1/2)·F(a/W)。经柔度法标定,其临界值可用以度量材料的断裂韧性。所得结果相当于加载速率为k=10~5公斤/毫米~(3/2)/秒下的动态断裂韧性K_(Id)。断口上临界裂纹尺寸在(a/W)=0.36-0.6范围内,结果有效。多次冲击法较为简便,只需测出断口上的临界裂纹尺寸,便可在已绘好的曲线上直接查出材料的断裂韧性。在实际生产中可以作为一种筛选方法应用。     

MEASUREMENT OF K_(IC)OF MEDIAN OR LOW STRENGTH STEEL USING ROUND BARS WITH CIRCUMFERENCIAL CRACK

The size effect of tension round bars with circumferential crack was described and used tomeasure the plane-strain fracture toughness K_(1c) of median or low strength steel.The size ofcylindrical specimen required for K_(1c) measurement is much smaller than that of standardspecimen.The J-integral values of the cylindrical sqecimens were calculated to characterizethe size effect.The finite element calculution and fracture morphology analysis have beenconducted to eyplain the fact that smaller cylindrical specimen could be used to measureK_(1c) of median or low strength steel.     

Compressive plasticity and toughness of a Ti-based bulk metallic glass

The effects of changes in sample dimensions on the compressive plasticity and fracture toughness/energy have been determined for Ti₄₀Zr₂₅Cu₁₂Ni₃Be₂₀ bulk metallic glass (BMG). Changes in sample dimensions alone produced widely different values for compressive plasticity. While these were correlated with changes to the measured Poisson’s ratio for samples of the same composition cast into different sample sizes, significant effects of testing conditions apart from the Poisson’s ratio on the measured compressive plasticity are also demonstrated. Fracture toughness testing on the same material/size that exhibited zero compressive plasticity produced both notch and fatigue pre-cracked toughness in excess of 100 MPa m^1/2, while a size effect on the magnitude of toughness was similarly demonstrated. Discussions on the source(s) of the size effect on toughness are provided in addition to demonstrating that exceptional toughness can be obtained in this BMG which exhibits essentially zero compressive plasticity under certain test conditions. The apparent critical Poisson’s ratio for plasticity/toughness is thus different in these very different types of tests.     

FRACTAL DIMENSIONALITY AND CRITICAL EXTENSION FORCE

Using gauge field theory of defects,the effective critical extension force in elastic-plasticfracture mechanics was given.The rationality of logarithm of effective extension force as alinear function of the fractal dimensionality of the fracture surface was analyzed in theory.The explanation in approach to studying material toughness using fractal has been clarified.     

S135钻杆摩擦焊接头热处理后的组织和性能

36CrNiMo4A钢制S135钻杆的工具接头和管体采用摩擦方式进行焊接，对摩擦焊接头进行了适当热处理。对钻杆工具接头、管体、焊合区三点弯曲试样的断裂韧度进行了测试，分析了弯曲试样的微观组织和断裂形貌以及接头焊合区韧性损伤的原因。结果表明，S135钻杆经摩擦焊接和热处理后，改善和提高了摩擦焊接头焊合区的组织和性能，其断裂韧度值J1C达到48kJ／m^2，钻杆钻井深度超过5300m，满足了使用要求。     

Investigation of Mechanical Properties and Fracture Simulation of Solution-Treated AA 5754

In this work, mechanical properties and fracture toughness of as-received and solution-treated aluminum alloy 5754 (AA 5754) are experimentally evaluated. Solution heat treatment of the alloy is performed at 530 °C for 2 h, and then, quenching is done in water. Yield strength, ultimate tensile strength, impact toughness, hardness, fatigue life, brittle fracture toughness \((K_{\text{Ic}} )\) and ductile fracture toughness \((J_{\text{Ic}} )\) are evaluated for as-received and solution-treated alloy. Extended finite element method has been used for the simulation of tensile and fracture behavior of material. Heaviside function and asymptotic crack tip enrichment functions are used for modelling of the crack in the geometry. Ramberg-Osgood material model coupled with fracture energy is used to simulate the crack propagation. Fracture surfaces obtained from various mechanical tests are characterized by scanning electron microscopy.