镍基粉末冶金FGH95高温合金的拉伸及低周疲劳性能研究

在420～650℃的温度范围内,研究了PM FGH95高温合金在应变率0.0001～0.01 s-1范围内的拉伸性能及在不同应力比R=-1及R=0下的低周疲劳性能.拉伸试验结果表明:在此温度范围内,应变率对弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量的影响可以忽略不计;并且应变率自0.0001 s-1增大至0.01 s-1时,弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量受温度的影响也不明显.PM FGH95合金受材料微结构的影响很大,材料含有的微缺陷对其力学性能有非常不利的影响.LCF试验结果表明:PM FGH95合金是循环硬化材料.当应力比R=-1时,温度对LCF寿命的影响很小;但在应力比R=0时,LCF寿命受温度的影响很大,且随着温度的增加材料的低周疲劳寿命减小.SEM断口扫描发现,断裂表面有很多的解理面,但没有疲劳条带,且此断裂模式下没有明显的塑性变形,所以FGH95合金的低周疲劳寿命几乎是由裂纹萌生阶段决定的.     

单纤维界面强度光弹性实验和理论研究

利用光弹性实验和有限元计算两种方法对单丝拔出复合材料模型的界面剪应力进行了研究。从计算和实验两个方面证明,当在纤维自由端施加一轴向拉力后,在单丝与基体界面的埋入端附近将出现剪应力的最大值。然后,沿着单丝的埋入方向,剪应力迅速降低,在界面区的中间趋于最小值,并且基本稳定不变。由此证明,单丝增强复合材料中界面的应力传递主要集中在单丝的埋入端附近,并且在这一区域最先达到危险应力,发生界面的脱胶破坏,引起整个试件的失效。     

复合材料界面断裂的光弹性研究

使用了光弹性方法初步研究了复合材料的界面断裂规律 ,观察了裂纹沿界面的扩展过程 ,界面的应力分布 ,并结合断裂力学方法计算了复合材料界面的脱粘强度。实验现象揭示了当裂纹扩展到界面附近时 ,若基体和增强项的强度都大于界面结合强度 ,裂纹前端的应力首先通过界面脱粘而释放掉一部分 ,裂纹越过基体先沿着界面扩展 ,达到一定程度后基体再发生基体裂纹扩展     

镍基双晶晶界疲劳屏蔽效应

对晶界平行裂纹和晶界垂直裂纹的双晶体进行三点弯曲疲劳实验,研究了双晶晶界的疲劳裂纹扩展规律,测定了双晶的疲劳扩展速率,揭示了晶界对晶粒疲劳裂纹扩展的屏蔽效应当裂纹距晶界某一特定长度时,裂纹扩展速度最快;而裂纹顶端交于晶界时,裂纹扩展速度最慢.进一步的晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理裂纹的扩展速度与裂纹顶端的应力场,而裂纹顶端的应力场又与晶粒和晶界的相对位置有关.     

含与不含晶界空穴双晶体晶体滑移与应力场分析

基于晶体滑移理论对双晶体进行研究,考虑平行和垂直于外加应力方向的两种晶界(gain boundary, GB)状况,同时在晶界上引进空穴的影响.采用各向异性有限元程序对双晶体的应力场和滑移系开动规律以及微空穴的生长规律进行计算分析,考虑晶体取向的影响.结果表明,晶界的存在显著改变双晶体应力场,在晶界附近产生应力集中,对此两晶粒的取向有较大的影响;在相同的加载参数下,滑移系的开动主要取决于两个晶粒的取向差别;微空穴的长大与晶界类型和晶粒的晶体取向有强烈的依赖关系,其中垂直晶界更有利于晶体的滑移和微空穴的生长,滑移系开动后微空穴增长速率明显加快.文中分析表明,只有从细观的角度出发,才能准确理解晶界和微空穴对双晶乃至多晶材料的变形损伤规律和失效机理.