7B04铝合金断裂过程的研究

用材料介观力学（介于宏观和微观之间）手段研究了7804高强高韧铝合金在拉伸试验过程中的塑性变形的产生、旋转和材料的断裂过程。试验结果表明：7804合金中有害杂质相是有棱角的颗粒,以几个颗粒团簇在一起,或是单独分散在基体材料中。在拉伸过程中,对材料塑性变形的产生、发展的观察发现,杂质相附近是材料的薄弱环节。随着塑性变形的发展,在这个区域流变曲线产生大角度的旋转,表明杂质相阻碍了变形的流畅进行,同时还发现微裂纹首先在杂质相的边界中产生。杂质相的消除或减少是提高7804合金材料强塑性的主要途径之一。     

高体积分数SiCp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的试验研究

由于大量高硬度增强相SiC颗粒的存在,高体积分数铝基碳化硅（SiCp/Al）复合材料的机械加工十分困难。旋转超声加工被认为是加工这种材料的有效方法。通过超声辅助划痕试验,分析高体积分数SiCp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的材料去除机理。在超声振动的作用下,材料中铝基体发生塑性变形,其表面得到夯实;SiC增强相被锤击成细小的颗粒而发生脱落,形成较大的空洞。由于材料加工的缺陷大多产生于SiC颗粒的去除过程中,SiC颗粒的去除方式对加工表面的质量起着决定性的作用,选择合适的工艺参数可以有效提高加工表面质量。旋转超声加工工艺特征试验表明,超声振动可有效降低切削力;主轴转速对轴向切削力的影响最大,其次是进给速度,切削深度对轴向切削力的影响较小;另外主轴转速对表面质量的影响效果也最大,并随主轴转速的增大表面粗糙度增大。因此在加工过程中,可以适当加大切削深度,在保证加工质量的基础上,选择较大的进给速度,在保证刀具寿命的前提下,选择合适的主轴转速,以获得较优的加工表面质量和加工效率。     

矩形件拉伸模圆角部间隙的确定

矩形件在拉伸过程中,四个圆角部的塑性变形是比较复杂的。为了便于拉伸过程中板料的塑性变形,使板料经凹模表面顺利地向凹模腔“流动”,既不破裂又不产生皱折,四个圆角部的间隙确定合理与否尤为重要。经过多次实践后,对于这部分采取了在原间隙的基础上再另行放大间隙的做法。圆角部的间隙以R顶点为最大(见图1中α点),沿圆弧面向直边面逐渐过渡(减小),其终点至直边面的直线长度可按矩形件宽度B决定(见图2、图3所示的C段),这一区间可视为矩形件拉伸时材料塑性变形范围。附表列出间隙增量△z为圆角R顶点处的数字(不包括直边间隙z和材料厚度t)。在拉伸过程中,     

ZL101铝合金的拉伸断裂特征

使用扫描电子显微镜和光学显微镜对ZL101铝合金的显微组织、拉伸断口及断口剖面进行了观察分析,研究了其拉伸断裂特征。结果表明:ZL101铝合金的拉伸断口为准解理特征,可见第二相(硅共晶体和AlFeMnSi相)沿断口分布;裂纹在第二相粒子的尖锐和凹角处(即应力集中处)萌生,并沿第二相扩展,该过程会拉开(拉断)第二相粒子,并使横向粒子产生变形;韧窝特征是由脆性第二相被拉开后发生塑性变形产生;舌状花样是裂纹沿一定取向晶面扩展,并造成颗粒相变形产生;撕裂棱是裂纹扩展至两个以一定角度相交的第二相时,扩展方向发生较大改变产生。     

铸造A356铝合金的拉伸性能与断口分析

对铸造A356-T6铝合金材料在不同位置的拉伸性能进行研究,利用扫描电镜和光学显微镜观察了拉伸断口。通过试验分析数据可得,铸造A356-T6铝合金的拉伸屈服强度和离浇道口的直线距离有关,成线性反比关系;而断裂强度则是先降低后升高,延伸率变化微乎其微。对铸造A356-T6铝合金的平均屈服强度、延伸率、断裂强度和断面收缩率进行比对,通过对断口分析表明:有明显的杂质附着在拉伸断口表面,表面存在少许孔洞,并存在氧化膜的缺陷。取样得知,断口主要含有铝、硅颗粒,还包含碳、氧、铁、镁等复合颗粒。在拉伸过程中,铸造A356-T6铝合中共晶硅粒子与基体结合处会产生裂纹,不断扩大后分布在共晶区域中;当产生裂纹的方向和共晶硅方向不同时,裂纹将会截断共晶硅颗粒。铸造A356-T6铝合金拉伸断裂方式为沿胞(即穿晶断裂)方式的准解理断裂。     

塑性变形T8碳素钢中渗碳体相的残余应力

运用X射线残余应力测量法分析了含有球状渗碳体的碳素钢在拉伸塑性变形后铁素体相及渗碳体相的残余应力情况.结果表明:在经过拉伸塑性变形后,铁素体相呈现残余压应力状态,而渗碳体相呈现残余拉应力状态;当施加的塑性应变在边界应变点之前,渗碳体的残余应力随应变值的增加而增大,而在边界应变点之后,残余应力呈下降趋势.观察发现渗碳体颗粒内部的断裂及渗碳体与铁素体结合边界部分的分离是引起渗碳体残余应力下降的原因.为了更好地理解渗碳体相和铁素体相之间的相互作用,在Eshelby/Mori-Tanaka模型的基础上分析了两相各自的塑性应变及两相间的塑性应变失配.     

n-SiCP/AZ61镁基复合材料的半固态压缩变形行为

采用Gleeble1500D模拟试验机,对半固态n-SiCP/AZ61复合材料进行触变等温压缩试验,分析不同因素(应变速率、变形温度、增强相质量分数)对真实应力-应变曲线的影响,并对其触变压缩变形机制和触变压缩后的显微组织进行探讨和研究.结果表明:当增强相质量分数相同时,随着应变速率的减少,真实应力出现下降;随着应变温度的增加,真实应力-应变曲线的峰值应力值显著减小.随纳米SiC颗粒质量分数的增加,n-SiCP/AZ61复合材料在半固态条件下触变压缩变形过程中的变形抗力也相应增加.复合材料在触变压缩变形过程中,其变形过程可分为"上升"、"下降"和"平稳"三个阶段,第一阶段的主要变形机制为固相颗粒间的滑移机制和固相颗粒的塑性变形;第二阶段的主要变形机制为液-固相颗粒混合流动机制、固相颗粒间的滑移机制和固相颗粒的塑性变形;第三阶段的主要变形机制为固相颗粒间的滑移机制和固相颗粒的塑性变形.     

半固态下1Cr18Ni9Ti钢轧制过程中的组织演变

对用电磁搅拌装置制备的半固态奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti钢进行了直接轧制成形试验。轧制前后微组织的分析结果表明：半固态1Cr18Ni9Ti钢具有球形或近球形的初生固相颗粒，并大多呈聚集状态；轧制变形后，液固相发生分离，产生液相偏析；只有当固相率达到50％时，初生固相颗粒在轧制过程中才会发生塑性变形，同时初生固相颗粒内部的δ相由多边形状转变为板条形状。     

微细铣削加工中抑制微毛刺生成的新方法

在微型零件的微细铣削过程中,微毛刺的产生是影响零件质量的重要因素。本文提出了一种通过构建辅助支撑抑制微毛刺产生的新方法。通过分析微毛刺的产生机理,发现微细加工的尺度效应和被加工材料的塑性变形是产生毛刺的主要原因,尤其在被加工材料的边界处毛刺更为明显。在工件的边界上构建辅助支撑结构可以增强工件边界的刚度,并抑制工件边界处材料的塑性变形。使用微细刀具进行微细铣削铍青铜的加工试验证明该方法可以抑制微毛刺的生成。     

脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形研究

为了研究脉冲电流对SUS304极薄带拉伸变形的影响,进行了室温拉伸、通电拉伸以及通电空冷拉伸试验,分析了热效应和非热效应对宏观力学性能与微观组织的影响。结果表明,脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形过程中热效应和非热效应同时存在,热效应导致材料流变应力减小,非热效应抑制TRIP效应,促进TWIP效应,改变了材料的塑性变形机制;没有高强度马氏体协调塑性变形,导致试样过早发生失稳断裂,其中试样的抗拉强度降低12.2%,断裂延伸率下降44.7%;同时,非热效应使试样在较低温度下发生了回复和再结晶现象;脉冲电流诱导了SUS304极薄带由韧性断裂向韧脆性断裂模式的转变,并且促进了变形织构生成。     

基于红外热成像的镁合金疲劳裂纹扩展的研究

采用红外热成像技术监测疲劳裂纹扩展过程中试件表面温度的变化情况,对AZ31B镁合金板材室温下的疲劳裂纹扩展特征进行研究。分析疲劳裂纹尖端温升值与裂纹长度的对应关系,试件表面温度分布差异与裂纹扩展趋势的关系,探索镁合金材料疲劳裂纹扩展的规律。试验结果表明,疲劳裂纹扩展过程中,镁合金表面温度变化经过一个升温、降温的过程,在稳定扩展阶段,温度变化不大,在快速扩展阶段,温度呈明显上升趋势。三组试件最高温升值分别为A试件10.89℃、B试件15.19℃、C试件12.37℃。裂纹尖端及其附近组织观察发现,裂纹尖端发生转向,裂纹总体为穿晶断裂,并伴随少量沿晶断裂,在裂纹附近区域有少量塑性变形。疲劳试件表面的最高温度区域与材料的疲劳损伤机制相关,该区域对应材料的应力集中区,是疲劳微裂纹形成与扩展的部位,温度变化与试件的最终断面相吻合。     

固溶处理对7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能的影响

对航空用3 mm厚的带有包铝层的7B04-O铝合金板材进行搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW),研究固溶处理对搅拌摩擦焊接接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当转速为800 r/min、焊接速度为200 mm/min、焊接工具轴肩直径为12 mm时,可得到表面美观、致密无缺陷的搅拌摩擦焊接接头。焊核区发生动态再结晶,形成细小的等轴晶。经固溶处理后,焊核的上部及底部晶粒都发生了异常长大,而中部区域晶粒仍然为细小的等轴晶组织。焊态接头的拉伸试样断裂在母材位置,抗拉强度达到199 MPa,与退火态母材抗拉强度相当,断后伸长率达到12%。在新淬火状态下,接头的抗拉强度为310 MPa,为相同热处理母材的91.4%,断后伸长率为11.2%,试样断裂在焊核区,呈不完全的韧性断裂。     

铝合金板材中心孔裂纹尖端塑性区数值计算

通过有限元对铝合金板材中心孔裂纹尖端处塑性区模拟计算,说明在裂纹尖端产生了较大的塑性区,并相应地计算出塑性区的大小。本文通过有限元模拟2124铝合金板材中心孔裂纹扩展情况。铝合金材料为典型的脆性材料,2124铝合金板材在疲劳加载情况下会先进行弹性形变,达到屈服强度后进行塑性形变。本文对2124铝合金板材进行有限元模拟时,先采用线弹性模型,计算裂纹扩展的应力强度因子,然后采用弹塑性模型,计算裂纹尖端的塑性区大小,从而进一步对裂纹尖端应力强度因子进行修正。在建立有限元模型时,以二维的Ramberg-Os-good（R-O）本构为基础,采用参数化的方式,这样是为了可以更好地对有限元程序进行调试。在有限元网格划分时,由于在相同精度下四边形单元的计算效率是三角形单元的几倍,所以采用四边形单元,提高计算精度。有限元建模时,采用plane42、solid 45和solid 95三种单元,plane42单元用于建立2D网格,solid45单元用于建立3D网格,而solid95单元则是用于引入奇异单元。同时,由于试样模型对称性,所以取1/4模型来进行计算。在计算裂纹尖端应力强度因子及塑性区大小时,采用恒ΔK方式和增ΔK两种加载方式来进行计算。首先在恒ΔK下,计算出相应的应力强度因子,其值和理论值相吻合,同时观察得到的塑性区形状与理论形状相似,计算塑性区尺寸大小,首先证明有限元程序的正确性。进一步有限元模拟计算在增大ΔK情况下不同预裂纹长度下塑性区的变化情况。经过有限元计算得到的塑性区尺寸大小,最后可以近似用经验公式表达。     

EFFECT OF VELOCITY ON DUCTILITY UNDER HIGH VELOCITY FORMING

The ring expansion procedures over various forming velocities are calculated with ANSYS software in order to show the effect of forming velocity on ductility of rate insensitive materials. Ring expansion procedures are simplified to one-dimensional tension by constraining the radial deformation,with element birth and death method,fracture problem of circular ring are considered. The calculated results show that for insensitive materials of 1060 aluminum and 3A21 aluminum alloy,fracture strain increases corresponding to the increase of forming velocity. This trend agrees well with experimental results,and indicates inertia is the key factor to affect ductility; With element birth and death methods,fracture problems can be solved effectively. Experimental studies on formability of tubular workpieces are also conducted,experimental results show that the formability of 1060 aluminum and 3A21 aluminum alloy under electromagnetic forming is higher than that under quasistatic forming,according to the characteristics of electromagnetic forming,the forming limit diagrams of the two materials tube are also built respectively,this is very important to promote the development of electromagnetic forming and guide the engineering practices.     

含裂纹结构剩余强度的一种估算方法

剩余强度分析对结构断裂安全性评价十分重要。现有的剩余强度分析方法中,Feddersen工程分析法具有代表性,它对简单含裂纹结构比较有效。但这类方法一般需要预先得到弹性断裂应力的连续曲线,才有可能进行短裂纹阶段的弹塑性修正和长裂纹时的净截面屈服修正,使用不方便,有时甚至不适用。本文认为含裂纹结构的破坏是静力学模式破坏和断裂力学模式破坏共同作用的结果,从而建议一种结构剩余强度的实用估算方法。通过表观断裂韧度准则确定的弹性断裂强度和净截面全面屈服后的静力学破坏强度的结合,估算剩余强度许用值。该方法可以方便地估算任意时刻的剩余强度。分别进行含中心裂纹的有限宽板和含裂纹耳片结构的剩余强度试验,并与估算结果进行比较,表明本文方法预测精度良好,有望推广到其他结构形式。文中强调,表观断裂韧度Kapp值的合理与否对估算结果有明显影响。     

轧态CrCoNi中熵合金动态拉伸本构模型的建立和变形机理研究

CrCoNi中熵合金在准静态拉伸下具有良好的强度和塑性,而其动态拉伸力学行为还有待研究。利用霍普金森拉杆分别对CrCoNi中熵合金试样进行了室温(298 K)和低温(77 K)下不同应变率的动态拉伸力学行为研究,建立了修正的J-C(Johson-Cook)本构模型对其塑性流动行为进行了较好的描述,通过断后样品的微观组织表征揭示了其变形机理。结果表明：室温下CrCoNi中熵合金的强度和塑性随着应变率增大逐渐提高。与准静态拉伸相比,动态拉伸应变率为1 200～5 000 s^-1时,试样的屈服强度增大至560 MPa到1 150 MPa,伸长率增长至60%到90%;低温下强度表现出相似的应变率效应且强度较室温下更高,但韧性有所降低。变形机理结果表明：相比于室温准静态,室温动态拉伸下试样内部孪晶密度更大且交叉孪晶出现、FCC→HCP相变发生、纳米晶形成,三者共同作用促使CrCoNi中熵合金加工硬化提高;相比于室温动态拉伸,低温动态拉伸下试样孪晶密度过大导致孪晶增厚,且纳米晶形成,促使试样加工硬化进一步提高,而孪晶增厚加强了对位错的阻碍致使韧性降低。     

热压对镁合金焊接接头拉伸性能的影响

通过拉伸试验机、光学显微镜、扫描电镜等研究了热压对AZ31B镁合金钨极氩弧焊焊接接头拉伸性能和断口形貌的影响。结果表明:热压后焊接接头的抗拉强度和伸长率分别可达200MPa和10%,比焊态的分别提高了18%和67%;焊态接头拉伸断口以解理断裂为主,呈现出较多的脚印状小平台,同时伴随有少量韧窝;而热压后焊接接头的断口具有平台撕裂畸变现象,可以观察到热压塑性变形流变线,晶界表现出一定的滑动协调现象。     

保温时间对ATN陶瓷刀具材料力学性能及显微结构的影响

为了开发一种陶瓷刀具材料,以Al2O3/TiN为主要成分,利用热压烧结工艺,在烧结温度1700℃,烧结压力32MPa条件下制备了复合陶瓷材料.FiN含量取30%、40%、50%、60%,保温时间取5min、10min、15min.研究了四种配比的材料在不同保温时间下抗弯强度、硬度、断裂韧性等力学性能与材料显微结构的关系...     

TA2氩弧焊焊接接头组织和硬度测试

钛及钛合金具有较好的韧性和焊接性及耐腐蚀性能,在航空工业、化学工业等方面有着重要用途.采用钨极氩弧焊方法(TIG)制备焊接试样,分析母材区、热影响区和焊缝区的显微组织、力学性能.得出如下结论:TA2接头母材区的晶粒为α等轴晶粒;过热区的晶粒粗大;熔合区两边晶粒差别非常明显,焊缝区晶粒主要为马氏体组织与魏氏体组织;焊缝硬度整体呈M形,焊缝区的硬度最低,热影响区的硬度最高;冷却过慢时,高温时间停留过长,晶粒会变粗大,也会降低材料塑性;焊缝区内杂质元素比母材低,在过热区产生较多的Fe-C化合物,杂质元素在焊缝区的元素分布相对比较均匀.     

铸锻复合成形后AZ91镁合金的组织和力学性能

通过铸锻(压铸和模锻)复合成形方式制备了AZ91镁合金汽车转向控制臂,对控制臂主要受力部位的显微组织和力学性能进行了研究,并对拉伸断口进行了分析。结果表明:铸锻复合成形后,AZ91镁合金转向控制臂不同区域的变形量不同,变形量大的区域呈明显的流线特征,并发生动态再结晶,为细小的等轴晶;与压铸态相比,铸锻复合成形后合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率及硬度分别为251.3MPa、156.9MPa、4.12%和125HV;断裂机制由脆性断裂变为韧脆混合断裂。