金属材料的断裂准则及断裂行为数值模拟

论述了金属延性断裂形成的机理，介绍了常见断裂准则公式，对获得金属断裂准则的方法进行模型、原理介绍并给出验证。介绍了有限元技术在挤压、金属切削、切断和精冲工艺中断裂行为的成功分析。     

冷轧前热处理对6016-T4P铝合金组织和力学性能的影响

通过拉伸试验、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等检测手段,研究了在冷轧前分别进行固溶处理和过时效处理工艺对6016-T4P板材组织和力学性能的影响。结果表明:冷轧前进行固溶处理的6016-T4P板材比冷轧前进行过时效处理的6016-T4P板材塑性、强度和平面各向异性指数更高,晶粒度更小,晶界分布更均匀;而冷轧前进行过时效处理会弱化6016-T4P板材的再结晶织构强度并改变再结晶织构类型,进而改变板材平面内不同方向上的屈服强度并减小平面各向异性指数。     

基于Oyane韧性断裂准则的板料成形极限预测

本文基于Oyane韧性断裂准则,结合数值模拟方法,预测板料不同应变状态下的极限应变.准则中的材料参数通过单向拉伸和平面应变拉伸试验确定.在模拟胀形试验获得每一时间步应力、应变值的基础上,应用韧性断裂准则预测板料的成形极限.模拟结果表明用韧性断裂准则和数值模拟相结合的方法能成功获得板料的成形极限图.     

LC4铝合金断裂韧度的研究

通过对LC4铝合金裂纹扩展方向和断裂方式的研究,探讨了LC4铝合金拉伸性能、断裂韧性和微观组织的关系。研究结果表明,LC4铝合金的断裂是由第二相颗粒决定的塑性断裂,第二相颗粒平均间距是断裂结构参数,建立了LC4铝合金拉伸性能、断裂韧性和第二相颗粒平均间距的定量关系。     

稀土Y及热处理对6016铝合金组织与性能的影响

为了提高6016铝合金的性能,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)等实验方法,研究了稀土元素钇(Y)及其含量和热处理工艺对6016铝合金的组织和拉伸性能的影响。结果表明：随着Y的添加,6016铝合金的晶粒明显细化,并且细化的晶粒分布趋于均匀,当Y的添加量为0.35%(质量分数)时,合金的晶粒细化效果、强度、断后伸长率达到最佳值,而当过量添加Y时,在相同的热处理状态下,合金力学性能有所降低。Y元素主要以Al₃Y、AlFeSiY化合物的形式存在于晶界上,能够促使再结晶形核率的增加,有利于小角度界面向大角度界面发展,对合金回复再结晶过程有积极作用。6016铝合金具有良好的烤漆硬化性,添加0.35%Y元素的合金经模拟烤漆6 h后,抗拉强度达到320 MPa,屈服强度达到270 MPa,相比于其T4p态,抗拉强度提升68 MPa,屈服强度提升116 MPa。     

基于韧性准则的金属板料冲压成形断裂模拟

该文基于Rice-Tracey韧性失效准则,探索金属板料冲压成形的断裂数值模拟方法。首先设计两种试验,并结合有限元分析结果确定双相钢板料的材料失效参数;然后,基于Abaqus软件的显式模块Explicit,编写采用Rice-Tracey韧性失效准则的用户自定义材料子程序VUMAT;最后对双相钢薄板深拉成形过程中的断裂行为进行数值模拟,并进行了试验验证。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好。可见,Rice-Tracey韧性准则可用于金属板料冲压成形的断裂预测。     

冷轧前热处理对6016-T4P铝合金组织和力学性能的影响

通过拉伸试验、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等检测手段,研究了在冷轧前分别进行固溶处理和过时效处理工艺对6016-T4P板材组织和力学性能的影响.结果表明:冷轧前进行固溶处理的6016-T4P板材比冷轧前进行过时效处理的6016-T4P板材塑性、强度和平面各向异性指数更高,晶粒度更小,晶界分布更均匀;而冷轧前进行过时效处理会弱化6016-T4P板材的再结晶织构强度并改变再结晶织构类型,进而改变板材平面内不同方向上的屈服强度并减小平面各向异性指数.     

不同表面状态的6016铝合金的结痂腐蚀及丝状腐蚀性能

汽车用铝合金通常要求具有较高的耐蚀性能。为探究不同表面状态对合金耐蚀性的影响,本工作对6016铝合金进行了不同的表面处理,包括光板表面、光板+钛锆涂层、毛化表面、毛化+钛锆涂层,通过扫描电镜、结痂腐蚀(SCAB)及丝状腐蚀(FFC)试验,对比了不同表面6016合金的表面微观形貌和腐蚀结果。结果表明,毛化处理与钛锆处理可减少合金表面轧制和碱洗产生的细微裂纹,使合金表面更均匀,从而提升了合金耐SCAB腐蚀和耐FFC腐蚀的能力。     

板料成形中韧性断裂准则应用研究进展

对板料成形中的成形极限应力图、最大变薄率、成形极限图以及韧性断裂准则等预测成形极限的方法,进行了综述和分析。指出利用韧性断裂准则,不但能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化。利用有限元方法模拟时,韧性断裂准则既可以应用到完全耦合的弹塑性损伤模型的增量方法中,也可以应用到一步有限元逆算法中。为了准确地预测成形极限,除了提高有限元模拟精度外,应找到一种本质地反映材料性能的韧性断裂准则。     

轧制方式对6016铝合金薄板组织和塑性各向异性的影响EI北大核心CSCD

利用凸耳实验、X射线衍射仪、EBSD等手段研究了热轧退火后常规轧制(NR)、横向轧制(TR)、交叉轧制(AR)等轧制方式对6016铝合金组织和平面各向异性的影响。结果表明:热轧退火后6016铝合金形成了强烈的立方织构{100}〈001〉。NR,TR冷轧板具有38%~44%的β取向线织构(主要包括铜,S,黄铜织构组分),但是AR冷轧后保留了12.2%的立方织构组分,变形织构组分很弱,因此AR冷轧板材制耳率最差,为7.1%。6016铝合金经过固溶处理后,NR,TR板形成9.12%强烈的立方织构,AR板的织构明显弱化且随机分布,因而AR再结晶退火板制耳率较NR,TR板的6%~8.16%明显降低,为2.76%。固溶处理后6016铝合金板的平均晶粒尺寸分别为23,25,22μm,AR轧制后合金的晶粒最小且分布最均匀。因此交叉轧制能有效改善6016铝合金板再结晶退火后的组织均匀性和塑性各向异性。     

气垫式预时效工艺对6016铝合金汽车板性能的影响

利用拉伸试验、硬度测试、杯突实验及差示扫描量热等检测手段,研究了固溶处理后不同停留时间下气垫式预时效工艺对6016铝合金汽车板成形性及烤漆硬化性的影响,并分析其析出特性。结果表明,气垫式预时效工艺可以抑制自然时效的不利影响。固溶处理后室温停放时间越短,气垫式预时效工艺对6016铝合金汽车板冲压成形性及烤漆硬化性的改善作用越显著。固溶处理后室温停放5min的6016铝合金汽车板经160℃×10min的预时效处理后,同时具有良好的成形性及烤漆硬化性,在烤漆过程中析出较多的强化相。     

基于应力第一不变量I_1的断裂准则假设

基于对材料断裂的物理本质分析,提出断裂决定于应力第一不变量I1的理论假设,并给出相应的断裂准则,即材料局部区域的应力第一不变量I1达到一临界值Ib时,断裂开始发生,定义该临界值Ib为断裂强度,用单轴拉伸试验可以确定材料的断裂强度Ib。利用该断裂准则与Mises屈服准则,四种基本     

铝合金薄板搭接高速 FSW 缺陷及断裂行为

目的 为了拓展搅拌摩擦焊技术应用,对薄板搭接结构高速搅拌摩擦焊工艺优化与工程应用提供 借鉴与指导。方法 采用圆锥无螺纹搅拌针,进行了 6061 铝合金薄板搭接高速搅拌摩擦焊接,对接头界 面缺陷及其断裂模式进行分析,探讨了转速对 6061 铝合金薄板搭接接头成形及性能的影响规律。结果 发现在无螺纹圆锥搅拌针、高转速（6000~9000 r/min）条件下,接头塑性金属在后退侧易形成飞边流出, 导致下板前进侧出现孔洞缺陷,且随转速增大,界面缺陷尺寸逐渐增大,当转速达到 10 000 r/min 时, 孔洞尺寸有所减小,此时接头拉剪强度最高,为 123 MPa。对试样拉剪断裂位置分析发现,高速搭接接 头断裂位置主要有两种,分别断裂在结合界面处或在前进侧下板,且转速在 9000 r/min 以上越趋向于在 结合界面断裂。结论 高转速搭接焊接必须协调轴肩相貌、焊接工装约束等条件,保证接头塑性金属充 分流动而不流失,才能获得成形良好无缺陷的接头。     

5A06铝合金中厚板反拉深变形行为

中厚板变形过程中的弯曲和反弯曲效应影响其拉深变形能力。本工作以航空航天常用的5A06铝合金筒形件为研究对象,采用厚度为4.5mm的中厚板进行反拉深数值模拟和实验研究,分析了变形过程中应力、应变分布特点,讨论了3种凹模截面结构形式下的变形方式,以及应变路径随着凹模圆角变化规律。结果表明:凹模内圆角与直壁区过渡区在壁厚方向上存在应力和应变梯度,并在该处外侧产生最大径向拉应力,导致了拉深破裂的发生。采用半圆形凹模截面结构时,极限拉深深度达到203mm,相对于平面凹模结构增加了40%。半圆形凹模结构能减小弯曲效应,有效降低过渡区的应力梯度和最大应力数值,有利于提高5A06铝合金中厚板拉深变形能力。     

Effect of Particulate Silicon Carbide on Cyclic Plastic Strain Response and Fracture Behavior of 6061 Aluminum Alloy Metal Matrix Composites

In this paper, the cyclic stress response and cyclic stress–strain response characteristics, cyclic strain resistance and low-cycle fatigue life, and mechanisms governing the deformation and fracture behavior of aluminum alloy 6061 discontinuously reinforced with silicon carbide (SiC) particulates are presented and discussed. Two different volume fractions of the carbide particulate reinforcement phase in the aluminum alloy metal matrix are considered. The composite specimens were cyclically deformed using fully reversed tension–compression loading under total strain-amplitude-control. The stress response characteristic was observed to vary with strain amplitude. The plastic strain-fatigue life response was found to degrade with an increase in carbide particulate content in the metal matrix. The fracture behavior of the composite is discussed in light of the interactive influences of composite microstructural effects, cyclic strain amplitude and concomitant response stress, deformation characteristics of the composite constituents and cyclic ductility.     

1420合金的拉伸断裂行为

研究了１４０２合金在不同热处理状态的拉伸性能和拉伸断口，并考察了合金的显微组织，分析了断裂机制，结果表明，合金在各种热处理状态呈稳定的穿晶韧性断裂，原因是δ′粒子细小，晶内强度低，而且晶界没有析出平衡相和无折出带，晶界强度没有降低。     

高硅压铸铝合金拨叉断裂原因分析

目的 研究高硅压铸铝合金的金相组织对零件强度的影响。方法 采用金相显微镜和电镜对比,分析正常件和断裂件以及故障零件断口附近的组织形态。结果 在故障件中发现了大量的脆性相β-AlFeSi相,呈现出含有微裂纹的条状或块状。对于耐磨Si相,同样也观察到了对基体产生不利影响的微裂纹,这些裂纹是导致零件失效的主因。结论 采用高Si含量铝合金时,要严格控制Fe含量,过程监控脆性相的含量及形态,必要时可以采用晶粒细化剂,避免零件内部微裂纹的产生。     

孔边倒角和预腐蚀作用下航空铝合金疲劳性能及断裂机理研究

基于航空铝合金带孔结构材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过对未腐蚀和预腐蚀24h后的7075铝合金双孔未倒角和双孔倒角试样进行疲劳实验研究,分析腐蚀预损伤和孔边倒角对试件疲劳性能的影响及疲劳断裂特性差异。结果表明:腐蚀预损伤对7075铝合金材料疲劳寿命的影响显著,双孔未倒角和倒角试样预腐蚀24h后试样中值疲劳寿命比未腐蚀试样最大下降了31.74%和26.92%;孔边倒角对材料疲劳寿命有一定的影响,未腐蚀和预腐蚀24h孔边倒角试样中值疲劳寿命比未倒角试样最大下降了28.02%和15.36%,主要原因是由于孔边倒角过程中产生加工刀痕,引入了"预损伤",且倒角后疲劳裂纹萌生位置变多,导致材料发生疲劳断裂的概率变大。