不同应力状态下6063铝合金断裂机制原位拉伸研究

用SEM-520原位拉伸实验对可以实现不同应力的6063铝合金试件的断裂过程做了详细研究和分析.研究结果表明:不同应力状态下的铝合金试样在拉伸过程在其表面上都产生了大量的滑移带,但断裂机制不同.随着三轴应力度的降低,断裂从正断向剪断过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6063铝合金晶界是其最薄弱环节,大量微裂纹产生于晶界,随着载荷的增加,微裂纹长大和扩展,与此同时,在局部变形带中沿晶界和滑移带又产生了新的微裂纹,微裂纹之间通过扩展或剪切而连接导致试样断裂;试样最小截面上的三轴应力度越小,试样断口的2个面上韧窝的取向越明显,而且断口越光滑.     

基于ANSYS的拉丝机塔轮轴的有限元分析

利用ANSYS对拉丝机塔轮轴进行模拟,分析塔轮轴在4种拉拔工艺下钢丝对轴的径向力、扭矩等交变载荷下的变形、应力场等,并对断口进行失效分析。结果表明,在拉丝机的4种拉拔工艺中,塔轮轴的总体形变从第二阶梯轴开始,最大变形量出现在挡板前端。塔轮轴的最大变形量1.24mm,最大等效应力336.75MPa,最大等效应变1.67×10-3,最小疲劳寿命2.29年。疲劳敏感曲线随加载历程的变化趋势依次为微变,骤减,趋于稳定。第二与第三阶梯轴的轴肩处受到大小相等、方向相反的载荷作用,使载荷之间的截面发生相对错动,形成剪切形变。塔轮轴的等效应力、应变的峰值集中于轴肩处。塔轮轴失效属于疲劳断裂。塔轮轴在交变载荷下,出现滑移带、挤出脊和夹杂物开裂现象,裂纹核成为微裂纹源,扩展为宏观裂纹,最终达到断裂极限,发生断裂。     

石油输送管道用2CR13钢在服役过程中的变形、断裂分析

利用光学和扫描电子显微镜观察2CR13管线钢在冲击载荷下变形以及断裂的过程,分析了石油输送管道用2CR13管线钢在服役过程中的变形及断裂行为。研究表明:在该材料的变形过程中,由于管线钢是由马氏体和铁素体组成的材料,铁素体强度低,而马氏体强度高,所以变形首先会在铁素体中进行,随着变形量的增加,应力不断增加,材料在微观组织中会出现明显的沿着力的方向分布、进而扩展到马氏体的裂纹。裂纹的扩展与所受的应力大小有很大关系。最终,在2CR13变形的整个过程中,将会观察到3种裂纹方式:夹杂物断裂、相界面断裂和马氏体基体断裂。     

原位晶态相增强Mg-Cu-Dy非晶基块状复合材料

采用铜模喷铸法制备出直径为3 mm的原位Mg晶态相增强块状Mg70Cu17Dy13非晶基复合材料,对Mg-Cu-Dy类合金的力学性能和变形行为进行研究。结果表明,Mg70Cu17Dy13非晶基复合材料受压时产生加工硬化并获得最大抗压强度为702.38 MPa和塑性变形率为0.81%。这缘于其中Mg相有效的承载能力、塑性变形能力及Mg相对剪切带及裂纹扩展的有效抑制作用,可从其剪切变形、断裂方式和断裂面上密集的熔滴及凸凹不平得到证实     

客运专线道岔尖轨轨底残余应力测试

众所周知,型钢或零件中存在残余拉应力时,会降低构件的疲劳强度。钢轨轧制过程中,尤其是轧制后的变形采用辊矫后,轨底普遍存在残余拉应力[1-3]。这种拉应力与车轮动载荷相叠加,容易在轨底的缺陷处诱发疲劳裂纹,最终使重轨产生早期疲劳断裂失     

6061铝合金冲击载荷作用下的变形断裂行为

利用常见的落锤冲击试验机和自行设计的夹具装置,研究6061铝合金材料在冲击载荷作用下的变形断裂行为。结果表明:6061铝合金受冲击载荷时的断裂行为与准静态拉伸相比无明显变化,损伤形式仍是由晶界处的微孔洞连接形成微裂纹,宏观上仍产生明显颈缩,试样的断裂面与拉伸轴方向大约成45°角。摆锤高度不同,试样表面的变形带不同,摆锤高度为141°时,出现了"白色变形带"。微观断口是由韧窝组成,冲击速度越大,韧窝越小。     

铸态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的拉伸断裂机理

对铸态AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金的拉伸强度、压缩强度以及折弯强度进行了测试和分析,同时通过原位拉伸实验对其断裂机理进行分析。结果表明：铸态AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金表现出优异的力学性能,其拉伸强度为1005 MPa,断裂应变为15.4%。合金的拉伸断裂形式为脆性断裂加韧性断裂的混合断裂模式,体心立方相B2发生脆性穿晶断裂形成解理面,面心立方相产生塑性变形,微孔不断汇聚长大最终断裂从而形成塑性断裂的韧窝形貌。通过原位拉伸实验,发现在单轴拉应力作用下,面心立方相首先产生塑性变形,而体心立方相不发生塑性变形,仅仅储存大量内应力,之后在体心立方相薄弱区形成微裂纹释放应力;伴随载荷持续增大在裂纹尖端产生应力集中效应,促使该裂纹不断扩展,同时又有新的微裂纹在附近产生;继续增大载荷微裂纹逐渐融合,形成主裂纹,伴随主裂纹扩展同时形成新的微裂纹;形成“生成微裂纹-扩展-聚合-形成主裂纹-进一步扩展”的循环,直至最终断裂。     

不锈钢锻件的裂纹萌生机制与组织演变研究

研究了不锈钢锻件在变形过程中的组织演变规律和裂纹形核与扩展机理,采用应力三维度法对锻件断裂破坏过程进行研究。结果表明,在热拉伸过程中不锈钢锻件的裂纹产生主要是经过裂纹形核、长大和聚集过程,变形过程中缩颈区域的显微孔洞更倾向于在晶界处产生。单向拉伸过程中,应力三轴度在越靠近心部的区域越大,则孔洞或者微裂纹越容易形成断裂。采用应力三轴度法可以准确判断不锈钢锻件在高温变形过程中的裂纹萌生和扩展过程,对于预测不锈钢锻件在高温锻造过程中损伤破坏过程具有重要的作用。     

颗粒增强金属基复合材料的断裂应变

研究了应力三轴度、温度、应变速率对颗粒增强金属基复合材料(PRMMCs)断裂应变的影响.结果显示,高温下PRMMCs的断裂应变对应力三轴度非常敏感,断裂应变和应力三轴度的指数函数exp(1.5?σm/)成反比关系.高温断裂应变值随应变速率的增加呈抛物线形式下降,而随温度的降低呈线性减小.断口分析显示,高温变形时,材料韧窝的直径随应力三轴度的增大而减小;室温拉伸应力三轴度与韧窝的大小无关.     

单晶γ-TiAl中孔洞尺寸对裂纹扩展影响的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究单晶γ-Ti Al合金的裂纹扩展行为,模拟时采用嵌入原子势方法,结合原子轨迹图、能量演化图以及应力-应变曲线,分析不同孔洞尺寸对裂纹扩展过程的影响。结果表明:随着孔洞半径增大,裂纹的启裂应力值减小;裂纹与孔洞结合后,R=0.4001 nm时,孔洞变形后在孔洞边界的中心产生裂纹,沿[100]方向扩展至材料断裂,裂纹扩展中出现子母裂纹传播现象;R=0.8002 nm时,孔洞变形后在一角处产生裂纹,沿[100]方向扩展至材料断裂;R=1.2003 nm时,孔洞变形后在两个角处产生裂纹,沿[110]和[110]方向扩展,[110]方向裂纹扩展中出现子母裂纹传播现象,且边界产生子裂纹并与该方向裂纹汇合后扩展至材料断裂;此外孔洞抑制裂纹扩展。     

17Cr2Ni2Mo钢制齿轮开裂原因分析

17Cr2Ni2Mo钢制高速重载齿轮在装配过程中出现裂纹扩展,导致齿圈断裂.本文通过对齿轮材料的化学成分分析、宏观形貌和微观组织观察,以及有限元分析等实验步骤,分别从现象验证和模拟两方面对其失效原因进行探讨.分析结果表明,在渗碳后轮齿根部、曲率半径较小处出现了碳化物呈网状分布,一定程度上提高了17Cr2Ni2Mo钢制高速重载齿轮敏感部位在淬火时出现微裂纹的可能性及变形的倾向性.微裂纹在后续热处理中未得到有效地焊合,在热应力、组织应力以及外加载荷的共同作用下,于微裂纹处产生应力集中.在后续生产过程中,应力于微裂纹尖端处得到释放,致使齿轮出现开裂,随着此现象逐步发展,裂纹便贯穿于整个齿轮,最终致使齿轮报废.     

闭挤式精冲变形区应力状态对断裂损伤的影响

文章将考虑静水应力、最大主应力及应变历史对材料损伤影响的Brozzo断裂准则模型,用于闭挤式精冲的断裂预测。分析了变形区材料的应力、应变状态对材料断裂损伤的影响,并通过DEFORM-2D有限元软件的模拟及物理试验进行验证。研究表明,Brozzo断裂准则能比较精确地模拟闭挤式精冲过程,模拟结果与试验误差在6%以内;主、副凹模闭合时,变形区材料所受的压应力越大,越有利于抑制裂纹的产生和扩展;精冲过程中,凸模刃口附近材料的压应力大于主凹模刃口附近材料,裂纹首先出现在主凹模刃口处,材料开始产生裂纹时的有效应变,随压应力的增加而增大。     

合金化镀层拉伸过程中裂纹产生及扩展的原位观察

用XRD分析铁含量不同的热镀锌合金化(GA)镀层的相结构,并用装配拉伸台的环境扫描电镜原位观察GA镀层在拉伸变形情况下表面裂纹产生、扩展及断裂的情况.结果表明,当铁含量为10wt%～15wt%时,镀层表面形成的裂纹间隙最小,抗粉化性能最好.在拉应力作用下,合金化镀层的破坏可分为两个过程:第一个破坏过程的主要表现形式是粉化,裂纹的扩展形式以张开型断裂为主;第二个破坏过程的主要表现形式是剥落,裂纹的扩展形式以滑开型断裂为主.镀层的断裂不是沿着某一固定的界面发生,而是在载荷作用的不同阶段发生不同类型的断裂和脱落,在不同的区域镀层断裂的界面不同.     

载荷方式对双态Ti-55531合金变形和断裂的影响

通过室温静态拉伸和扭转试验,结合TEM、SEM等分析检测方法,系统研究了双态Ti-55531合金在拉伸和扭转载荷下的变形和断裂失效行为。结果表明,载荷方式对双态Ti-55531合金变形和断裂行为有显著的影响：首先,该合金扭转剪切强度较拉伸强度低约300MPa,表明该合金的断裂对扭转切应力的敏感性高于拉伸应力。其次,拉伸和扭转变形时,合金主要都受滑移和剪切共同控制,但相对拉伸变形扭转变形时等轴α_p产生的剪切滑移带数量更多;且变形时晶界α和等轴α_p的界面处易堆积高密度位错。最后,拉伸断口较扭转断口陡峭,拉伸断裂失效是以微孔聚集为主的穿晶断裂机制;而扭转断裂失效则是以微孔聚集和剪切开裂的混合断裂机制。     

X80大变形管线钢的变形与断裂行为

采用光学和扫描电子显微镜过对X80大变形管线钢在拉伸和冲击载荷下的变形和断裂过程的实验观察,研究了X80大变形管线钢的变形和断裂行为。结果表明:对于由贝氏体+铁素体组成的双相大变形管线钢,在变形过程中,塑性变形优先在铁素体中进行,随着塑性变形量的增加,双相组织的形态逐渐沿作用力方向呈现明显的位向分布。双相组织中裂纹的产生有3种典型方式,即夹杂物形核、相界面形核以及铁素体或贝氏体基体形核。裂纹的扩展与所受的应力状态有关,在较低应力状态下时,裂纹主要通过铁素体扩展;只有在较高应力状态下,裂纹才穿越贝氏体。在实验观察和分析基础上建立了贝氏体+铁素体大变形管线钢的变形和断裂模型。     

D022相强化型Ni2CoCrFeNb0.15高熵合金的变形机理

采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜的背散射电子衍射及电子隧道衬度成像技术研究了D0₂₂相强化型Ni₂CoCrFeNb_0.15高熵合金在单轴拉伸变形过程中的织构演化、变形亚结构特征、位错与析出相交互作用以及断裂行为。结果表明：位错的平面滑移主导了该合金的单轴拉伸变形,D0₂₂超点阵相是促进位错平面滑移的主要因素。因位错的平面滑移模式产生的平面滑移带随着应变量的增加,其密度随之增加,平均间距随之减小。变形过程中先形成{001}织构,然后{111}织构增强,最终获得典型的{001}和{111}拉伸织构。当合金在单独拉伸变形过程中达到最大应力时,晶界处萌生裂纹并扩展为断裂主裂纹,导致塑性变形失稳。     

奥氏体不锈钢热变形过程中的裂纹敏感性评价方法

在热模拟试验机上采用变截面试样进行高温拉伸试验,评价了304奥氏体不锈钢铸坯的裂纹敏感性。结果表明:该不锈钢产生裂纹最敏感的温度区间为1000~1150℃,这与采用常规的应变—断裂(STF)方法测定的焊缝裂纹最敏感的温度区间相同,只是测定的产生裂纹的临界应变量较小。同时,利用这种方法测量产生裂纹的临界应力,当变形温度低于1000℃左右时临界应力随温度的下降而快速上升,在较高温度区间其随温度的升高而缓慢下降。分析认为,在奥氏体不锈钢铸坯的热变形过程中,流变应力是产生裂纹的重要因素,当流变应力超过临界应力时,将出现裂纹。     

纳米碳管增强镁基复合材料应力传递有限元分析

结合有限元的分析方法,建立了一个简化模型来模拟纳米碳管增强镁基复合材料在拉伸试验过程中的变形,研究了基体、增强体的应变和应力分布,以及界面对复合材料力学行为的影响,探讨了纳米碳管增强体与基体间的应力传递机制和断裂机理。模拟结果表明,纳米碳管整体上受力比较均匀,在轴向上的界面处出现应力集中;基体与纳米碳管在两端面的接触部位出现明显的应力集中,应力分布呈火焰状,中心大,逐渐向外围减小,在基体的其余部位应力大小则是相对均匀的,这说明复合材料的破坏是从界面处开始的,其破坏机制是界面脱开。     

热镀锌合金化镀层裂纹的产生与扩展机理

用配备拉伸／三点弯曲试验装置的SEM原位观察分析了热镀锌合金化钢板变形时镀层中裂纹产生、扩展、镀层断裂及在塑性变形过程中镀层与钢基体界面的交互作用。结果表明,在拉应力作用下,镀层的破坏可以分为两个过程：第一阶段主要表现为粉化;第二阶段主要表现为剥落。镀层在复合应力作用下的断裂并非沿着某一固定的界面发生,而是在载荷作用的...     

不同应力状态下铝合金变形及损伤机理的研究

利用改装的Arcan夹具对铝合金（6063）的蝶形试样进行0°，30°，45°，60°，90°的拉伸及拉伸卸载试验，研究了铝合金在不同应力状态下变形及损伤机理。结果表明：铝合金在不同应力状态下的工程应力一应变曲线明显不同。0°加载时，在蝶形中心产生微孔洞，微孔洞之间剪切，从而产生了微裂纹。随着微裂纹的扩展、连接导致试样断裂。随着试样中三轴应力度的减小，在蝶形试样中心的剪切应力不断增大，同时在蝶形试样中的剪切变形带越来越集中。显微裂纹首先在剪切带中产生，随着微裂纹的扩展导致试样的断裂。90°拉伸时，在蝶形中心形成明显的剪切变形带。90°加载时，在试样中产生的剪切带是形变剪切带而非相变剪切带。利用有限元软件ABAQUS对不同角度拉伸试验进行模拟，从而得出了不同应力状态下的塑性区的形状和大小。