AZ31B镁合金及其焊接接头的疲劳断裂机理

对AZ31B镁合金进行疲劳实验,在2×106循环次数下,母材、对接接头、横向十字接头和侧面连接接头的疲劳强度分别为66.72,39.00,24.38和24.40MPa。采用光学显微镜对裂纹扩展特征进行分析,结果表明,AZ31B母材的疲劳裂纹宏观扩展路径平滑,但微观观察发现疲劳裂纹扩展方向曲弯,有些裂纹分成两岔;裂纹尖端扩展均为沿晶扩展。焊接接头裂纹均在焊趾部位起裂,对接接头和横线十字接头的裂纹沿着热影响区扩展;侧面连接接头的裂纹起裂位于焊脚部位。采用扫描电子显微镜对疲劳断裂机理进行分析。疲劳断口由准解理或解理台阶组成,均为脆性断裂,断口中存在二次裂纹,对接接头中存在疲劳条纹,其间距约为5μm。     

硬质合金的疲劳与断裂

硬质合金在使用中一般同时承受多重疲劳的共同作用,了解硬质合金的疲劳破坏机理和提高其疲劳性能是硬质合金研究领域的一个重要方向。综述各种硬质合金工具在不同环境中的疲劳破坏情况,概括目前国内外学者对硬质合金疲劳性能的机理的研究进展。同时介绍本课题组在自行改造的疲劳试验机上对硬质合金多重疲劳开展的一些工作。     

2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为(英文)

研究2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为。在室温条件下,采用光滑试样进行疲劳测试,其中最大应力为恒定值,应力比R为0.1,频率f为40 Hz。利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜及电子背散射衍射等手段对合金的微观组织进行分析,研究合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为与其微观组织的关系。结果表明:2A97合金的疲劳裂纹主要萌生于试样表面的杂质相和粗大第二相处;其疲劳裂纹的早期扩展行为主要受晶粒结构与位错或滑移带共同作用的影响。当相邻晶粒的错配度接近于其晶内的最优滑移面的位向差时,大角度晶界强烈阻碍滑移带的运动,从而导致裂纹分叉和偏折。     

Cu 含量对Al-Zn-Mg-Cu合金的组织性能和断裂行为的影响

介绍了Cu含量对Al-Zn-Mg-Cu合金组织性能和断裂行为的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等方法对合金的组织和断口进行了分析。结果表明,Cu含量对合金中粗大金属间化合物的类型和含量有较大的影响。含w（Cu）=2．3％的高Cu的Al-Zn-Mg-Cu合金中粗大金属间化合物较多,Al2CuMg较多。过时效状态下,高Cu的Al-Zn-Mg-Cu合金断口以粗大的Al2CuMg粒子开裂的韧窝为主;含w（Cu）=1．7％的低Cu合金断口以晶粒内小的穿晶韧窝为主。高Cu的Al-Zn-Mg-Cu合金中粗大的Al2CuMg粒子消耗了大量的Cu,降低了合金强化的潜力,在过时效状态下促进合金开裂。     

Fatigue properties of rolled AZ31B magnesium alloy plate

Fatigue strength, crack initiation and propagation behavior of rolled AZ31B magnesium alloy plate were investigated. Axial tension-compression fatigue tests were carried out with cylindrical smooth specimens. Two types of specimens were machined with the loading axis parallel (L-specimen) and perpendicular (T-specimen) to rolling direction. Monotonic compressive 0.2% proof stress, tensile strength and tensile elongation were similar for both specimens. On the other hand, monotonic tensile 0.2% proof stress of the L-specimen was slightly higher than that of the T-specimen. Moreover, monotonic compressive 0.2% proof stresses were lower than tensile ones for both specimens. The fatigue strengths of 107 cycles of the L- and T-specimens were 95 and 85 MPa, respectively. Compared with the monotonic compressive 0.2% proof stresses, the fatigue strengths were higher for both specimens. In other words, the fatigue crack did not initiate and propagate even though deformation twins were formed in compressive stress under the cyclic tension-compression loading. The fatigue crack initiated at early stage of the fatigue life in low cycle regime regardless of specimen direction. The crack growth rate of the L-specimen was slightly lower than of the T-specimen. Consequently, the fatigue lives of the L-specimen were longer than those of the T-specimen in low cycle regime.     

激光沉积修复TA15钛合金疲劳性能研究

采用激光沉积修复技术对铣切沟槽损伤的TA15钛合金锻件进行修复,研究了修复件的疲劳裂纹萌生和扩展特性。采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了试样疲劳断口以及纵截面。结果表明,修复后试样均断裂于修复区,其疲劳行为具有很强的组织敏感性,疲劳源区有与α片层集束尺寸和形貌相同的解理断裂面和撕裂特征。稳定扩展区的裂纹沿着α片层边界扩展,有的垂直于α片层,有的平行于α片层;固溶时效热处理后,组织敏感尺寸达到了单个片层尺寸的细小组织个体,表现为沿不同滑移方向分离的单个α/β片层撕裂和α′片层清晰排列的痕迹。细小、取向更多的片层集束使裂纹更容易偏转,增加了裂纹扩展路径的长度,从而消耗更多的裂纹扩展能量。     

一种Al-Cu-Mg-Zr合金的疲劳裂纹扩展行为研究

研究热处理状态、应力比和试样取向等对含Zr的Al-Cu-Mg系铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,T3、T4两种热处理状态试样的疲劳裂纹扩展速率没有明显差别;L-T方向和T-L方向的试样也有大致相同的疲劳裂纹扩展速率;应力比R对疲劳裂纹扩展行为有明显影响,高应力比下的疲劳裂纹扩展速率明显快于低应力比条件下的扩展速率,并且高应力比下的疲劳裂纹扩展在较小的△K值下进入快速扩展阶段,并很快断裂.在较低的△K水平下应力比的影响与裂纹闭合效应有关.     

低温球磨纳米晶Al-Zn-Mg-CU合金组织的演变

利用液氮低温球磨技术制备了纳米晶Al-Zn—Mg—Cu合金粉体,分析了材料在球磨过程中微观组织变化．结果表明,气雾化Al—Zn—Mg—Cu合金粉体随着球磨过程的进行晶粒尺寸逐渐减小,球磨15h后晶粒尺寸约为35nm;MgZn2相逐步分解,并最终过饱和固溶于α—Al中．制备的纳米晶Al—Zn—Mg—Cu合金粉体低于709K（0．77Tm,Tm为熔点）加热时,晶粒长大速度缓慢;709K加热1h晶粒尺寸仅为71nm．研究表明,液氮低温球磨过程中形成的Al2O3颗粒对晶粒的钉扎有效地提高了纳米晶Al-Zn—Mg—Cu合金粉体的热稳定性．     

含Sc航空7075合金的疲劳裂纹萌生及扩展行为

对不同含量Sc微合金化的7075合金进行了疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展的对比研究,并对其作用机理进行了分析。结果表明,随着Sc含量的增加,合金的疲劳萌生寿命和强度比都呈现先增加而后降低趋势,在Sc含量为0.24%时,疲劳萌生寿命和强度比最大;当应力比为0.1时,在Sc含量为0.24%时合金具有最大的疲劳裂纹扩展阻力,而当应力比为0.5时,在Sc含量为0.48%时合金具有最大的疲劳裂纹扩展阻力,这可能与细小的晶粒尺寸和较多的第二相阻碍裂纹扩展有关。总而言之,在7075合金中加入0.24%Sc具有最佳的疲劳性能和断裂韧性。     

Microstructure and properties of an Al-Zn-Mg-Cu alloy pre-stretched plate under various ageing conditions

The microstructures after various ageing treatments and their relation to the strength, fracture toughness, and corrosion behavior of an Al-Zn-Mg-Cu alloy pre-stretched plate were investigated. The results show that retrogression and reaging (RRA) treatment led to a combina- tion of high strength and stress corrosion cracking (SCC) resistance of the alloy. The TEM microstructure of the RRA-treated alloy is a dis- tribution of very fine precipitates in the aluminum matrix grains, similar to that obtained under T6 condition, and the distribution of coarse η MgZn2 precipitates on the grain boundaries similar to that obtained by T7 temper. SEM observations revealed that most of the intergranular fracture characteristics were present on the fracture surface of both the T6 and RRA-treated specimens. On the contrary, the fractographs of the T7 treated specimens mainly consisted of dimple-type ductile transgranular fracture with minor intergranular cracking.     

喷射成形含锰Al-Zn-Mg-Cu合金的显微组织

为提高Al-Zn-Mg-Cu合金的强度,利用喷射成形的方法制备了含锰Al-Zn-Mg-Cu合金锭,并利用X射线衍射（XRD）、光镜（OP）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和示差扫描热分析（DSC）研究了其微观组织特征。结果表明：喷射沉积坯主要由晶粒尺寸为5～25μm的细小等轴晶粒、MgZn2和Al6Mn相组成。纳米级的MgZn2颗粒弥散分布于基体,而平均尺寸为5μm的Al6Mn一次相颗粒沿晶界析出。沉积合金中也发现了少量的CuAl2,Al3Zr和共晶组织。沉积坯中缩孔疏松的体积分数约为12%。DSC分析结果说明大部分溶质原子在喷射成形过程中析出,在450℃以下的加热过程中没有明显的热反应发生。随着退火温度的升高,基体晶粒和Al6Mn颗粒单调长大,但Al6Mn颗粒的长大速率显著低于基体晶粒的长大速率。当退火温度高于375℃时,基体晶粒迅速长大。     

Ti8LC低成本钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

采用双重退火对Ti8LC低成本钛合金进行热处理,测试其拉伸性能,并对其疲劳裂纹扩展行为进行研究,探索其疲劳断裂机制.结果表明,提高双重退火的第1次退火温度,强度略有升高,塑性降低.da/dN试样断口3个区特征明显:预裂区为解理断裂机制.稳态扩展区裂纹以条纹循环机制向前扩展,同时能观察到很多二次裂纹.快速扩展区的断口呈韧窝型断裂特征.该合金的疲劳裂纹扩展速率对退火温度不敏感.     

Fatigue Crack Growth Behavior in TC4-DT Titanium alloy with Different Lamellar Microstructures

主要讨论了TC4-DT钛合金不同片层结构的疲劳裂纹扩展行为。通过不同的热处理工艺获得不同的组织结构参数,例如片层宽度和集束尺寸。结果表明,在保证合金力学性能的条件下,β相区空冷获得的组织具有较好的疲劳性能,主要归因于片层结构中裂纹尖端存在较大的塑性范围区域,并且较宽的α片层和大的集束尺寸有助于提高合金的断裂韧性和疲劳裂纹扩展阻力。     

淬火析出对Al-Zn-Mg-Cu合金时效行为的影响(英文)

采用硬度测试、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和差示扫描量热法(DSC)研究淬火和时效(T6、T7、RRA)对Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织的影响。研究发现水淬合金经T6时效后的硬度最高。T7和RRA时效后样品的淬火敏感性相当,较T6时效的高1.2%。TEM观察表明,合金的淬火敏感性主要是由缓慢冷却时非均匀析出引起的。大量η相在再结晶晶粒内的Al3Zr弥散粒子和(亚)晶界上形核,而S和T相在有高密度位错和缺陷的亚结构区生成。时效后,平衡η相周围的η'相更加粗大。经T6、T7、RRA处理后,这些析出相的尺寸和形貌呈现出不同的特征。DSC结果与TEM观察结果一致。T6态的DSC曲线和T7、RRA态的不同,反映了不同的微观组织。     

Evolution of intermetallic phases of Al-Zn-Mg-Cu alloy during heat treatment

Al-Zn-Mg-Cu alloy is a favorable choice for aerospace applications requiring good combination of strength and toughness, which is greatly influenced by the coarse intermetallic particles. The evolution of intermetallic particles in an Al-Zn-Mg-Cu alloy during heat treatment was studied by field emission gun scanning electron microscopy （FEG-SEM） and X-ray diffractometry（XRD）. The results show that there are lamellar eutectic structure （α（Al）＋Mg（Zn,Al,Cu）：） and Al7Cu：Fe particles in the solidified structure. The Al7Cu2Fe particles are embedded in the eutectic structure. The content of eutectic structure decreases with the increase of holding time and disappears after 24 h. The size and morphology of Al7Cu：Fe particles exhibit no change during the heat treatment. It is found that the AI：CuMg phase is formed during the treatment at 460 ℃. A transformation process from the primary eutectic phase Mg（Zn,Al,Cu）2 to Al2CuMg is observed, and the transformation mechanism and kinetics are analyzed, The AI：CuMg constituents form in the primary Mg（Zn,Al,Cu）： phase, and grow along the eutectic microstructure.     

含两种尺度微裂纹的高强铝合金的断裂韧性模型

基于高强铝合金在断裂过程中萌生不同尺度微裂纹的机制,用断裂力学建立两种尺度微裂纹影响应力应变场的规律,导出高强铝合金拉伸延性与两种尺度微裂纹的关系,由断裂韧性与拉伸延性的关系建立了高强铝合金断裂韧性与双级微裂纹的非线性关系模型。通过模型解析,分析两种尺度微裂纹体积分数对高强铝合金断裂韧性的影响规律。结果表明:随着一级微裂纹体积分数的增加,材料的断裂韧性开始迅速下降,然后缓慢降低;在较大尺度微裂纹之间萌生小尺度微裂纹,将显著降低合金的断裂韧性。将高强铝合金的结晶相作为一级微裂纹,将弥散相和粗大析出相作为二级微裂纹,预测高强铝合金断裂韧性随两种尺度相(微裂纹)的变化,其规律与实验结果较为吻合。利用模型解析与实验验证结果,提出了改善高强铝合金断裂韧性的组织控制方向。     

2197(Al-Li)-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

研究了2197-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展特性。结果表明,2197铝锂合金的疲劳裂纹萌生与应力水平有关,在较低应力下,主要萌生在第二相粒子、第二相粒子/基体界面以及表面缺陷处,而在较高应力水平下,还出现沿滑移带和晶界处萌生。裂纹的扩展优先沿有利滑移面,在晶粒间的扩展以沿{111}面的穿晶扩展为主,也有沿小角度晶界扩展的情况,合金具有很好的平面滑移性。裂纹在晶粒内的扩展并非沿一个滑移系的直线扩展而是频繁发生偏折,却始终沿{111}面,可剪切共格相δ’粒子造成晶内扩展路径曲折。     

热力学计算优化Al-Zn-Mg-Cu合金成分

利用Jmat-Pro热力学相图计算软件模拟Al-Zn-Mg-Cu合金的凝固路径以及该合金中MgZn2、Al2CuMg、Al2Cu和Al2Mg3Zn3相生成数量和生成温度随Zn、Mg和Cu含量变化的关系曲线;分析实验合金的微观组织.检测结果与热力学计算结果一致.热力学计算结果表明,在7150合金的成分优化过程中,当Zn、...     

新型Al-Zn-Mg-Cu合金高温塑性变形行为的加工图

采用Gleeble-1500热模拟机进行恒温和恒速压缩变形实验,变形温度为300～450℃和应变速率为0.001～1 s-1,研究了新型Al-Zn-Mg-Cu合金的高温塑性变形行为,并根据动态材料模型（DMM）建立了合金的加工图。结果表明,合金高温压缩变形均存在稳态流变特征且属于正应变速率敏感材料;在实验范围内,变形温度450℃、应变速率0.001 s-1的高温低应变速率变形区域的功率散耗率最大,约为0.61;合金热变形的最佳工艺参数为：热加工温度390～410℃,应变速率0.018～0.135 s-1。