全层状TiAl基合金拉伸试验断裂过程及机理

通过对全层组织TiAl基合金不同缺口试样进行原位拉伸试验,结合数据分析以及断口形貌的观察,研究TiAl基合金拉伸的断裂过程和断裂机理.研究发现在原位拉伸试验中,对于直缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹(沿层裂纹)首先起裂、扩展、连接,然后形成解理断裂起裂源.这一起裂源形成的同时,在刚好能满足Griffiths脆性解理断裂所需要的临界裂纹尺寸时,引起整个试件发生脆性解理断裂.裂纹首先起裂于层间,层间是薄弱环节,断裂方式是穿层断裂和沿层断裂的混合体,以穿层断裂为主.对于大圆弧和平板试样,这种材料的断裂过程是:首先在较高外加载荷下,在标距范围内比较薄弱的区域沿层开裂,随着外加载荷的进一步增加,这些微裂纹扩展,当微裂纹引起的应力集中和外加载荷共同作用足以引起微裂纹进一步贯穿的瞬间,即能量积累到一定程度时,试样整体发生解理断裂.很多试样的断裂是直接起裂的过程,一旦产生裂纹试样立即解理断裂,即这种材料的强度较高,材料很难产生裂纹,也不易损伤.     

钛铝合金原位拉伸损伤与断裂过程研究

通过原位拉伸及卸载试验,和试样断口与表面的SEM分析,对钛铝合金原位拉伸断裂过程、断裂起始点及断裂扩展情况进行了研究。结果发现该材料断口上呈现沿层断裂和穿层断裂的混合形态,并在裂纹前端取向不利的层团附近出现大量微裂纹损伤。发现其断裂过程为：随着外加载荷的增加,试样首先在晶粒沿层薄弱区开裂,继续加载会在主裂纹前端附近产生一些微裂纹损伤,接着裂纹将穿层断裂,同时积蓄的能量得到部分的释放,直至试样的整体断裂。     

γ-TiAl基合金压缩损伤与断裂行为的研究

通过对γ-TiAl基合金压缩断裂及压缩卸载试验和试样断口与表面的扫描电镜(SEM)观察,分析压缩应力对裂纹产生、扩展及裂纹形态的影响,进而对该材料的压缩损伤与断裂行为进行较为深入的研究。压缩试验是室温下在Instron 1341试验机上进行的。结果表明,损伤起始于材料的塑性区载荷下降阶段,材料在断裂前发生很大的塑性变形,其压缩时有较大的塑性缓冲;随着压缩卸载应力的增大,观察到的试样表面裂纹依次增多或扩展增长,材料损伤的程度与压缩应力成正比。在压缩试样断口的中部发现存在的一个纵向韧带,当外加载荷增加,两个由压缩接触端面起裂的倾斜剪切裂纹扩展到试样中部,然后通过剪切穿过纵向韧带而连接,并诱发试样的完全脆性断裂。两个端面的切应力是裂纹形成的主要控制因素。该材料的压缩性能比拉伸性能更佳的主要原因是由于压缩时材料的损伤起始于塑性阶段,产生沿45°方向剪应力最大方向的剪切断裂和沿着压缩轴方向的准解理断裂的混合形式,而普通拉伸时材料损伤起始于弹性阶段,发生完全脆性解理断裂,在低应力下试样就会断裂。     

TC4钛合金焊接结构连续非线性疲劳损伤

文中从TC4焊接结构在船舶舰艇领域的使用特性出发,根据第四强度理论对现有的连续非线性损伤模型进行修正,提出更符合工程实际的非线性损伤模型,并根据疲劳试验数据测算出其模型参数.然后通过疲劳卸载试样SEM观察分析,验证所修正的损伤模型.再通过非线性损伤修正模型和线性损伤模型及试验数据的对比.结果表明,线性损伤模型在中小载荷下的寿命相对保守,而非线性损伤模型则更接近试验值,证明了修正模型的工程应用价值.     

TiAl基合金弯曲疲劳的断裂机制

通过对弯曲疲劳断裂宏观试验结果以及相应的卸载表面观察和断口观察分析研究,发现在疲劳加载的过程中,首先在缺口根部产生裂纹,裂纹在应力循环的作用下不断扩展,直至疲劳裂纹的长度达到与疲劳外加力所匹配的临界裂纹长度时,突然发生整体解理断裂.在一定应力下的疲劳弯曲加载试验中,随着循环次数的增加,产生的裂纹变长,即产生的损伤严重,疲劳区域变宽,其断裂机制是疲劳区各裂纹单向扩展,解理区起裂源分散扩展直至断裂.对于循环次数较小的材料,其断裂机制是具有发散扩展路径的起裂源直接产生于缺口根部,然后分散扩展直至断裂,在其扩展的路径上并不因疲劳区与解理区而有任何的不同.     

全层状TiAl基合金损伤断裂行为的研究

通过拉伸及卸载试验,对试样断口与表面进行SEM观察分析,研究TiAl基合金拉伸损伤与断裂行为。结果表明:该材料拉伸的弹性阶段范围很窄,塑性变形能力差,在拉伸卸载试样表面观察不到微裂纹和损伤;而在试样断口上有唯一起裂源和发散状的河流花纹。断裂过程为:当试样被加载至一定应力时,在其应力最大截面附近某一材料组织薄弱处率先产生一定尺寸的Griffiths裂纹源,并很快由此起裂源朝多个有利取向快速解理扩展,并导致试样最后完全断裂。     

全层TiAl基合金室温断裂机制的研究

通过拉伸、压缩、弯曲实验分析研究了全层(FL)组织TiAl基合金的断裂机制。研究发现:拉伸和压缩时材料抵抗裂纹的扩展能力不同,抗压强度远高于抗拉强度,这是由于两者的变形及断裂机制不同。TiAl基合金拉伸断裂机制为脆性解理断裂,压缩变形断裂是剪应力和正应力共同作用下的断裂,是准解理断裂。TiAl基合金的缺口弯曲断裂方式也为解理断裂,其断裂过程是先在缺口处产生微裂纹,一旦裂纹在缺口根部产生,由于材料已积累足够的能量使得材料快速失稳解理断裂。