纳米压痕技术在材料力学测试中的应用

近年来,材料纳米级力学测试日益引起广大研究者的重视。纳米压痕仪凭借极高的载荷和位移分辨率,广泛应用于材料表面的微纳米级力学性能的测试,包括硬度、弹性模量、塑性应变、薄膜界面结合强度以及材料疲劳特性等。综述了几种纳米压痕和纳米冲击技术测试材料力学性能的方法和原理,介绍了纳米压痕技术在材料力学性能测试方面的若干先进应用实例及其测试机理,以及原子力显微镜和扫描探针显微镜在力学测试方面的原理和应用。最后,提出了纳米压痕仪存在的若干问题,并对纳米压痕技术的发展进行了展望,认为纳米压痕技术结合有限元模拟建立材料疲劳断裂模型,是纳米压痕在力学测试方面发展的必然趋势。     

电动汽车下摆臂疲劳断裂分析

电动汽车下摆臂使用一段时间便发生疲劳断裂,断裂源位于焊缝根部。为了弄清断裂原因,运用宏观观察、扫描电镜及能谱仪、光学显微镜等方法进行分析,结果表明:断裂源附近的焊缝根部存在未熔合缺陷;未熔合受力时在端部产生应力集中,导致裂纹萌生,在循环工作应力作用下裂纹不断扩展,直至贯穿整个截面而断裂失效。热影响区的马氏体组织进一步加速了疲劳扩展过程。可以通过合理布局加强筋位置,在保证强度的前提下,适当缩短加强筋长度,以及加强焊接工艺管理等措施加以解决。     

机加工表面残余应力及其疲劳寿命评价的研究进展

随着航空、航天、核电、海洋装备、汽车制造行业的蓬勃发展,特别是国家空天深海战略的实施,高腐蚀、高交变载荷等复杂服役环境对零件的可靠性和使用寿命的要求日趋严格。机械加工表面完整性作为零件性能指标的评价标准,得到越来越多的重视。残余应力作为表面完整性的重要参数之一,与零件疲劳寿命和使用性能密切相关,因此有必要对机械加工过程中残余应力的生成机理进行研究。主要介绍了机械加工表面残余应力的定义及其对材料性能的影响,对中子衍射法和X射线衍射法检测残余应力的优缺点进行了比较,从实验方法、解析方法以及有限元方法 3个方面对机械加工过程中残余应力的生成机理进行了总结,分析了切削参数、刀具几何、材料性质对残余应力生成的影响,总结了残余应力与疲劳寿命之间的作用关系。最后,探讨了机械加工表面残余应力生成机理以及疲劳寿命评价研究过程中存在的问题。     

变形量对 690 合金在核电一回路水环境中电化学腐蚀行为的影响

目的研究变形量对690合金电化学行为的影响。方法采用动电位极化、电化学阻抗和高温高压浸泡实验,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线光谱仪(EDX)和X射线光电子能谱(XPS),研究不同变形量的690合金传热管在核电模拟液中的腐蚀行为。结果在常温常压下,50%变形量试样的自腐蚀电位比25%变形量试样正140 m V,维钝电流密度显著降低,阻抗模值高出约10倍。高温高压下浸泡后,XPS分析显示,50%变形量试样表面腐蚀产物膜中的Cr2O3含量远高于25%变形量试样,其富Cr内层致密,氧化层更厚。结论 50%变形量的690合金表面形成的钝化膜及腐蚀产物膜对基体的保护作用更强。     

等离子熔覆CoCrCuFeNiMn高熵合金组织研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上制备了fcc结构的Co Cr Cu Fe Ni Mn高熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的组织结构以及合金元素在基体中的扩散。结果发现,熔覆层显微组织为树枝晶,枝晶间为富Cu面心立方固溶体,晶格常数为0.3597 nm,有纳米编织组织析出。枝晶内为多种元素固溶的面心立方固溶体,晶格常数为0.3664 nm。高熵组元元素在熔合线靠近热影响区一侧形成元素的过渡区,过渡区宽度约为10μm。临近熔合线的热影响区内出现了大约70μm宽的铁素体带,该区域的珠光体因脱碳分解生成铁素体,Co在该区域扩散的距离最远。     

Al_(0.5)CrCoFeNi高熵合金高温氧化的研究

采用真空电弧炉在氩气保护下熔炼Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金,在不同温度(800~1100℃)下进行100 h的高温氧化实验,测定其氧化动力曲线,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法分析氧化层结构和形貌。结果表明:Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金在800和900℃形成的氧化膜较完整且致密,具有较为优异的抗氧化性能。在1000和1100℃形成的氧化膜较厚,膜内有大量裂纹与孔洞,抗氧化性能较差。氧化初期,界面反应起主导作用,随着氧化膜的生长,扩散过程发挥越来越重要的作用,成为继续氧化的控制因素,以致一种或多种合金元素氧化物在表面析出,形成尖晶石类内层氧化物Ni Cr2O4、Co Cr2O4、Fe(Cr,Al)2O4内氧化层。在高温氧化过程中,N2会参与反应,与Al发生较强反应,生成Al N颗粒,进一步的氧化过程使Al N再次氧化,N2逃逸,留下具有Al N外形的空洞。     

AZ31镁合金中绝热剪切带的组织演变规律

为了深入了解镁合金绝热剪切带与裂纹的关系,进而揭示镁合金在高速冲击载荷作用下局部变形绝热剪切的组织演变规律,采用分离式Hopkinson压杆对AZ31镁合金的帽状式样进行冲击压缩实验,而后利用光学显微镜,扫描电镜和维氏硬度计分别对冲击后的AZ31试样进行分析。结果表明,绝热剪切带形成于最大剪应力方向,随着冲击载荷的不断增加,沿着切应力方向上的微孔洞和微裂纹不断长大,直至彼此相互连接成裂纹,最终导致材料的断裂。经对剪切带及周围组织维氏硬度的测量发现,剪切带内细小晶粒区的硬度明显高于周围组织。     

镍基单晶气膜孔模拟试样的低周疲劳断裂机理

采用镍基单晶合金DD6带不同数量激光加工气膜孔的薄壁平板模拟试样,对其在900℃下的低周疲劳性能进行了研究,并对试验数据和断口的SEM形貌进行了分析。结果表明:在相同的试验条件下,气膜孔的数量对低周疲劳的寿命影响很大,单孔试样的寿命约为密排多孔试样的10倍;气膜孔周围存在大量微裂纹,带气膜孔试样的破坏属于典型的多源断裂;对于单孔试样及密排多孔试样的中间孔,裂纹沿{001}面扩展;密排多孔试样的上下2排气膜孔周围的裂纹沿多个滑移面扩展。     

Fatigue Life of 6061 Aluminium Alloy Welding Samples both in Atmosphere and Water

名义厚度为0.04英寸（1.02 mm）的6061-O和6061-T4铝合金板材在航空工业里广泛使用。将这些板材在氩弧焊后淬火时效热处理至T62态后制成标准试样。在频率为60 Hz、应力比为0.1条件下,分别在大气和潮湿环境中进行疲劳试验,且施加载荷方向垂直于焊缝。断裂形貌通过扫描电子显微镜（SEM）观察。结果表明：与大气环境中相比,焊缝在潮湿环境下疲劳性能急剧下降,而且疲劳带也不是很明显。焊缝在潮湿环境下断裂表面含氧量比在大气中高是可能的原因。     

高能球磨对AgSnO_2电触头材料组织与性能的影响

对雾化法制备的AgSnO2粉末进行球磨处理,研究了高能球磨对AgSnO2粉末的形貌及其烧结性能的影响。结果表明:高能球磨有利于提高AgSnO2粉末的烧结性能,改善烧结坯的显微组织以及第二相粒子SnO2在Ag基体中的分布,因而获得了晶粒细小、致密度高、抗弯强度大以及加工性能优良的AgSnO2电触头材料。