加载方向对γ/γ′-α-Mo定向共晶瞬时拉伸性能的影响

γ/γ′-α-Mo定向共晶具有良好的力学性能,特别是在垂直于生长方向上,尚有一定塑性。本文研究了加载方向对瞬时拉伸性能的影响。当加载方向偏离生长方向时,瞬时拉伸强度和塑性随之下降。即使在加载方向垂直于生长方向时,断裂强度仍在900MN/m~2以上,延伸率也能保持在3%左右。在动态拉伸过程中,观察到两种断裂形式:纤维本身的断裂和纤维与基体界面的开裂。在范性形变出现以后,基体的滑移可以通过α-Mo纤维。一般是较粗的纤维首先断裂,纤维与基体界面的开裂是导致试样最后断裂的主要原因。     

Fatigue Behavior and Damage Evolution of SiC Fiberreinforced Ti-6Al-4V Alloy Matrix Composites

研究SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti-6Al-4V)室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件:载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600~1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平(Smax=1000 MPa),纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平(Smax=800 MPa),基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平(Smax=600 MPa),仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。     

SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的疲劳行为及损伤演化研究（英文）

研究SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti-6Al-4V)室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件:载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600~1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平(Smax=1000 MPa),纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平(Smax=800 MPa),基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平(Smax=600 MPa),仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。     

γ/γ′-α-Mo定向共晶激光表面处理后的显微组织

激光快速熔凝γ/γ′-α-Mo定向共晶表面层后,完全改变了以γ/γ′为基体、α-Mo纤维为强化相的定向组织,变成极度精细的胞晶和树枝晶,熔区内成分均匀.此外熔区有外延生长特性.     

MODIFICATION OF SURFACE MICROSTRUCTURE OF γ/γ′-α-Mo DS EUTECTIC BY LASERGLAZE

激光快速熔凝γ/γ′-α-Mo定向共晶表面层后,完全改变了以γ/γ′为基体、α-Mo纤维为强化相的定向组织,变成极度精细的胞晶和树枝晶,熔区内成分均匀.此外熔区有外延生长特性.     

热障涂层系统的热梯度机械疲劳应力分析

基于IN738高温合金基体上涂覆的热障涂层系统(Thermal barrier coating system,TBCs),分析热循环和热梯度机械疲劳加载条件下涂层的应力分布及演变。通过有限元分析研究了热生长氧化层(Thermally growth oxidation,TGO)的应力分布,以预测不同载荷作用下TBCs的失效行为。结果可知,在热循环的基础上施加应变载荷会造成TGO应力性质及大小的改变。只施加温度载荷,在加热过程中TGO/粘结层(Bond coat,BC)界面波峰位置会承受轴向较大的拉伸应力,裂纹多会在此处萌生,且以层间开裂的方式失效。而在温度与机械载荷的共同作用下,冷却过程中会承受较大的拉伸应力,显著增大的轴向应力与径向应力共同作用,使垂直于TGO/BC界面的裂纹沿着界面方向扩展,从而造成陶瓷层(Top coat,TC)剥落。进一步对比分析了同相和反相加载时的应力分布,结果表明反相加载时一次循环周期内会产生拉伸平均应力,更易发生TBCs的失效。     

热处理对SiCp/Al复合材料强度和塑性的影响

采用粉末冶金法制备了d300 mm的15%SiCp/Al(体积分数)复合材料坯锭,研究了挤压态和T4态复合材料的力学性能和断裂特点,揭示了基体强度和颗粒开裂对复合材料强度与塑性的影响规律。结果表明:复合材料T4态拉伸强度保持在560 MPa的水平下,延伸率仍高达7%以上;与挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高了68.5%和105%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明:挤压态复合材料以基体断裂为主,而T4态复合材料除了基体断裂外,还存在SiC颗粒开裂现象;基体强度严重影响复合材料的断裂形式,颗粒开裂有利于提高复合材料的塑性。     

SCS－6／SP－700复合材料的超塑性成形

长纤维强化的Ti基复合材料作为航空结构材料有望在573K～873K使用,但是零件的制造成本高是实用化的最大障碍。如果利用超塑性直接预成形零件,特别是具有复杂曲面的零件,制造成本就会大幅度下降。以超塑性性能优异的Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo(SP-700)合金为基体,以TiNb合金条编织固定SiC纤维,得到编织预成形SCS-6/SP-700复合材。沿垂直于纤维方向的高温拉伸试验结果表明,该复材在1048K,m值为0.58,超塑性变形100%以上。用光学显微镜观察拉伸断口发现,在纤维和基体的界面上有缺陷存在。为防止缺陷产生,日本三菱重工的学者山田毅等人开发了用…     

TC4钛合金电子束焊与TIG焊焊接接头的组织性能对比研究

针对TC4钛合金电子束焊及TIG焊焊接接头的凝固组织、微观相结构及接头静载室温拉伸性能进行了对比研究。结果发现,TIG焊接头热影响区内为较粗大的等轴晶,焊缝区内凝固组织为粗大柱状晶,柱状晶粒生长方向由最初的垂直于焊缝-热影响区界面逐渐转为垂直向上生长。电子束焊接头组织形态同样是热影响区为等轴晶粒形态,而焊缝区内为柱状晶粒,等轴晶和柱状晶粒的尺寸较TIG焊均明显减小,且柱状晶生长方向始终垂直于焊缝-热影响区界面。TIG焊焊缝区原始β晶内的微观组织由魏氏α板条、针状马氏体α’以及β基体组成,而电子束焊焊缝原始β晶内的微观组织由大量细长针状马氏体α’+β基体组成。力学性能测试结果表明,电子束焊焊接接头的强度略高于TIG焊,塑性显著优于TIG焊。     

高温下钛基复合材料的界面研究

为优化金属基复合材料的损伤抗力，须研究其纤维/基体界面性能及其影响因素。这些因素大多与加工过程(包括压实温度、压力及冷却速率)和试验温度、试验环境和加载频率有关。可用界面分离强度d、摩擦剪切应力s、能量释放速率或Ⅱ型界面开裂的断裂韧性Gic等参数来描述界面特性。箔-纤维-箔法制备的钛基复合材料在900℃压实冷却过程中，因SiC纤维(5×10-6/℃)的热膨胀系数与钛合金基体(11×10-6/℃)的有差异，因而界面的法线和径向方向必存在残余压应力，其大小取决于压实温度和冷却速率。试验温度升高，接近压实温度时，纤维/基体界面处的残…     

DIRECTIONAL COARSENING OF γ'PRECIPITATES IN A SINGLE CRYSTAL NICKEL BASE SUPERALLOY

研究了［００１］取向单晶高温合金ＣＭＳＸ—４在１２５３Ｋ，３５０ＭＰａ拉伸蠕变中γ＇沉淀沿垂直于外应力轴方向的粗化过程及其机理。发现在定向粗化期间立方形γ＇沉淀的边缘部分优先生长，γ—γ＇界面呈内凹形方式推进，进而封闭了与之相邻的垂直基体通道（平行于［００１］）；相互连接的γ＇沉淀逐渐消耗并最终耗尽被封闭的残余垂直通道而发展成完整的筏形组织。定向粗化导致了γ＇沉淀沿［００１］方向的尺寸逐渐减小，水平基体通道（垂直于［００１］）的宽度大幅度增加。对γ＇沉淀的特殊生长方式和两共格相形貌的演变特征进行了分析与讨论。     

一种镍基单晶高温合金中γ＇沉淀的定向粗化

研究了［００１］取向单晶高温合金ＣＭＳＸ—４在１２５３Ｋ，３５０ＭＰａ拉伸蠕变中γ＇沉淀沿垂直于外应力轴方向的粗化过程及其机理。发现在定向粗化期间立方形γ＇沉淀的边缘部分优先生长，γ—γ＇界面呈内凹形方式推进，进而封闭了与之相邻的垂直基体通道（平行于［００１］）；相互连接的γ＇沉淀逐渐消耗并最终耗尽被封闭的残余垂直通道而发展成完整的筏形组织。定向粗化导致了γ＇沉淀沿［００１］方向的尺寸逐渐减小，水平基体通道（垂直于［００１］）的宽度大幅度增加。对γ＇沉淀的特殊生长方式和两共格相形貌的演变特征进行了分析与讨论。     

界面拉伸强度对含夹杂粉末高温合金断裂性能的影响

采用GURSON本构方程对粉末冶金材料Ⅰ型裂纹紧凑拉伸试样进行了有限元分析，模拟了夹杂与基体之间的不同界面拉伸强度对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响。夹杂与基体间的界面不产生开裂，基体材料的损伤及微裂纹源集中于切口区域。且有最小值；当夹杂从基体上沿界面逐渐脱落时，基体损伤及微裂纹源集中于夹杂周围区域，且在界面拉伸强度等于基体材料的屈服强度时，基体损伤最小，对大多数夹杂，基体最大等效塑性应变也最小。     

Ti-Al合金γ/α2界面结构及拉伸变形行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,通过考察共格和半共格界面,发现体系总能量随两相厚度比变化,得到2种界面相互转变的临界片层厚度;对不同片层厚度的Ti-Al合金进行垂直界面的拉伸加载,发现共格界面的屈服强度高于半共格界面,断裂行为随γ和α_2相的厚度比变化。塑性变形首先发生在γ相一侧,形成Shockley偏位错,进而通过剪切传递方式穿过γ/α_2界面,激活a2相的锥面层错;γ/α_2界面为后续的位错和孪生提供形核点。     

SiC维纤增强钛基复合材料的疲劳裂纹扩展速率

用箔-纤维-箔法制备SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料,研究复合材料在加载频率f=10Hz、应力比R=0.1、最大应力σmax=300MPa条件下的疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并采用扫描电子显微镜对疲劳破坏断口进行观察和分析。结果显示,在该加载条件下,复合材料第Ⅱ阶段疲劳裂纹扩展速率符合高斯函数。断口观察表明,复合材料的基体在裂纹稳态扩展区出现明显的疲劳条带,复合材料的疲劳损伤可以分为纤维断裂、基体开裂和纤维/基体界面脱粘等多种形式。     

CF/Al复合材料横向拉伸渐进损伤与弹塑性力学行为

针对真空压力浸渗制备的单向碳纤维增强铝合金复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟与实验结合的方法研究了其横向拉伸损伤演化和断裂力学行为,并分析了界面对复合材料横向拉伸力学性能的影响。结果表明,基于基体合金延性损伤和界面内聚力损伤本构所建立的细观单胞有限元模型,可以实现CF/Al复合材料横向拉伸弹塑性力学响应的计算和预测。复合材料横向拉伸时先后发生界面损伤、界面失效以及基体损伤累积与失效现象,界面损伤脱粘并诱发基体塑性损伤和失效是导致复合材料横向断裂的主要机理。增加界面强度有利于提高横向拉伸屈服强度和极限强度,界面刚度对极限强度影响不大,但增加界面刚度可有效提高复合材料横向拉伸弹性模量。     

SiC_f/TC17复合材料拉伸行为研究

研究了Si Cf/TC17复合材料的室温、高温(773 K)拉伸性能及其断裂机制.结果表明:Si Cf/TC17复合材料室温、高温应力-应变曲线受纤维线弹性变形和基体屈服程度影响呈现不同的形状;室温断裂机制主要是反应层多次断裂、纤维一次断裂和基体脆性断裂等,高温断裂机制主要是纤维多次断裂、基体韧性断裂和大范围的界面脱黏等;纤维累计损伤理论适合于对Si Cf/TC17复合材料断裂强度的估测,其中室温断裂强度符合临界断裂纤维数大于或等于3时的局部承担载荷模型,高温断裂强度符合均匀承担载荷模型.结合断裂机制和强度估算结果,详细论述了Si Cf/TC17复合材料室温、高温拉伸断裂过程.     

电迁移极性效应及其对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊点拉伸性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和微拉伸实验,研究Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu对接焊点在不同电迁移时间下阳极、阴极界面金属间化合物(IMC)的生长演变规律及焊点抗拉强度的变化,同时对互连焊点的断口形貌及断裂模式进行分析.结果表明:在电流密度(J)为1.78×104 A/cm2、温度为373 K的加载条件下,随着加载时间的延长,焊点界面IMC的生长呈现明显的极性效应,阳极界面IMC增厚,阴极界面IMC减薄,且阳极界面IMC的生长符合抛物线规律;同时,互连焊点的抗拉强度不断下降,焊点的断裂模式由塑性断裂逐渐向脆性断裂转变,断裂位置由焊点中心向阴极界面处转移.     

STRAIN AND FRACTURE OF LIQUID PHASE SINTERED ALLOY 90W-TNi-3Fe

研究了液相烧结的90W-7Ni-3Fe合金的形变和断裂特征。试样由基体相首先开始屈服,承受塑性变形。当界面结合强度较低时,试样首先沿界面裂开,而当界面结合强度增高到高于钨的解理断裂应力时,试样同时发生钨球的穿晶解理开裂和基体相的塑性撕裂。 氢是造成烧结试样界面脆化的重要原因之一。真空热处理能去除界面孔隙中的氢以及钨颗粒和基体相界面之中的氢,从而提高界面的结合强度,使试样的断裂强度和塑性同时得到提高。     

液相烧结的90W-7Ni-3Fe合金的形变与断裂

研究了液相烧结的90W-7Ni-3Fe合金的形变和断裂特征。试样由基体相首先开始屈服,承受塑性变形。当界面结合强度较低时,试样首先沿界面裂开,而当界面结合强度增高到高于钨的解理断裂应力时,试样同时发生钨球的穿晶解理开裂和基体相的塑性撕裂。氢是造成烧结试样界面脆化的重要原因之一。真空热处理能去除界面孔隙中的氢以及钨颗粒和基体相界面之中的氢,从而提高界面的结合强度,使试样的断裂强度和塑性同时得到提高。