铸铁的高温应力—应变行为

本文测试了不同基体组织的灰铁、蠕铁及球铁的高温应力—应变曲线(室温～1000℃)。结果表明、无论是灰铁、蠕铁还是球铁,常温下均呈脆性材料性质。但随着温度的提高,球铁与灰铁呈现出不同的应力—应变特征,球铁存在弹性变形与塑性变形的转变点,弹性变形量减少,塑性变形量增加。当温度超过α-γ相变点时 应变以塑性应变分量为主,进入塑性状态。而灰铁为非线弹性体,没有明显的弹塑性转变点;基体组织不同时,铸铁的强度及塑性指标相差较大,在室温至(α-γ)相变点间,珠光体基体铸铁的强度高于铁素体基体铸铁,而塑性低于铁素体铸铁,在α-γ相变点至1000℃,各种基体铸铁的强度趋于一致,延伸率急速增大,在800～900℃左右有一峰值。     

铸铁中磷的分布

利用 Auger 表面分析和化学分析等手段,研究了铸铁中磷在铁/石墨界面上的偏析及在铁相与石墨两相间的分配。实验结果表明,磷在球铁中有界面偏析现象,而在灰铁中没有发现偏析。磷在球铁和灰铁中的偏析特点正与硫在这两类铸铁中的偏析特点相反。     

奥氏体-贝氏体球墨铸铁中石墨与基体界面的疲劳强度

采用系统分析的方法，通过3点弯曲疲劳实验，跟踪监测了奥氏体-贝氏体球墨铸铁试样的疲劳损伤过程。实验结果表明，奥氏体-贝氏体球墨铸铁中石墨球与基体组织界面有一定的疲劳强度；在不同的疲劳载荷作用下，该处疲劳开裂的时间和程度存在差异，并对疲劳裂纹的萌生和扩展有不同的影响。     

0.13C-5Mn中锰钢的裂纹扩展行为

 为了研究基体组织为铁素体和亚稳奥氏体的0.13C-5Mn中锰钢裂纹扩展特性,采用载荷控制对其进行裂纹扩展试验,采用SEM、EBSD等手段表征了裂纹扩展行为。研究结果表明,裂纹扩展机制为滑移和积累损伤双重机制。在裂纹尖端的塑性区内发生亚稳奥氏体转变为马氏体的相变,发生转变的区域远远小于裂纹尖端塑性区尺寸,由于相变吸收了能量以及裂纹闭合效应降低了疲劳裂纹扩展速率。     

铸铁的组织和性能对钢锭模使用寿命的影响

本文系统地实测了普通灰铁、球铁、蠕铁和变质灰铁等材质的常、高温物理性能和力学性能,通过对上述几种材质钢锭模的使用标定,分析材质的组织、性能对钢锭模使用寿命的影响,结果表明:1)在常温至700℃,蠕铁的耐热冲击性能最好,而在高温区(700～800℃),球铁的耐热冲击性能优于蠕铁和灰铁;使用寿命最高的是球铁钢锭模,其次是蠕铁、灰铁钢锭模。2)灰铁钢锭模的主要报废形式为纵、横裂纹,而球铁、蠕铁钢锭模的主要报废形式为变形卡锭。     

钾对稀土球铁的作用

本研究发现，球化处理时向铁水中过度微量的钾，可以克服稀土作球化剂的种种弊端。钾在稀土球铁中可起到提高球化率、抑制白口倾向、细化石墨球及基体组织、减少珠光体形成比率、抑制球化衰退倾向、防止大断面球铁的石墨畸变和反白口组织。还通过钾对铁水的冶金学效应、影响球铁凝固特性及促进石墨异质形核的研究，对以上作用进行了讨论。     

铈在铸铁高温各相中的分布

本文使用液淬法配合自射线照相及电子探针测定了稀土元素铈在铸铁商温各相中的分布。发现:在不同铸铁中,铈的相对分布有差异。在球铁中,液相,球墨内的铈含量多于奥氏体内的铈含量;铈在球墨中的含量随其致密度的不同而有差异,致密的球墨中铈较多,松散的球墨中铈较少。在蠕铁中,液相中的铈多予蠕墨和奥氏体;在灰铁中,片墨及夹杂中含一定量的铈,液相和奥氏体中贫铈。另外,随凝固的先后不同,石墨中的铈含量也不同。先形成的球墨与最后凝固区域的枝晶间石墨中铈较多,粗蠕墨中铈较少,石墨与奥氏体的共晶程度影响铈在石墨中的分布。     

奥氏体-贝氏体球墨铸铁断裂的微观过程及强韧化机理

用扫描电子显微镜及微拉伸台对奥氏体－贝氏体球墨铸铁裂纹萌生，扩展的微观过程进行了跟踪观察。结果发现：受拉时微裂纹首先在石墨－基体界面上萌生，并沿界面扩展，基体中的裂纹多数是沿贝氏体铁素体－奥氏体界面扩展，不同取向的基体组织可使裂纹偏转或分叉，主裂纹扩展过程中前方始终存在石墨－基体界面的开裂。此外，还根据实验结果进一步分析了奥氏体－贝氏体球墨铸铁的强韧化机理。     

稀土对余热淬火低合金耐磨蠕铁组织和性能的影响

研究了稀土对余热淬火低合金耐磨蠕铁中石墨形态及碳化物尺寸的影响。试验表明，稀土能使低合金铸铁组织中的板条状碳化物细化，其原因主要和细小均匀分布在基体中的蠕墨对碳化物长大起阻碍作用有关。生产实践表明，这种稀土变质低合金铸铁在余热淬火处理条件下能获得较好的韧性及耐磨性。     

超细晶纯钛疲劳裂纹扩展及裂纹尖端组织演变

采用疲劳裂纹扩展实验研究剧烈塑性变形制备的4种超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展行为,通过观察不同组织超细晶纯钛的疲劳裂纹扩展路径,并对裂纹尖端塑性区进行显微硬度分布实验和显微组织观察,分析不同组织超细晶纯钛疲劳裂纹扩展的微观机制。结果表明,等径弯曲通道变形（equal channel angular pressing,ECAP）纯钛和旋锻后400℃退火纯钛的疲劳裂纹扩展路径曲折,而ECAP+旋锻变形纯钛和旋锻后300℃退火纯钛的疲劳裂纹扩展路径平直。循环载荷作用下,超细晶纯钛裂纹尖端区域的显微硬度和微观组织变化显著。其中ECAP+旋锻变形纯钛的组织位错密度和显微硬度降低,而ECAP变形和旋锻后退火纯钛的组织位错密度和显微硬度均升高。超细晶纯钛疲劳裂纹扩展过程中组织结构对位错运动的阻碍导致裂纹扩展方向改变,且裂纹尖端区域位错密度为显微硬度变化的主要影响因素。     

一种新型的低周疲劳裂纹扩展速率模型

基于低周疲劳裂纹扩展机制,假设裂纹尖端循环塑性区内应变分布服从HRR理论解,利用裂纹尖端锐化、钝化启裂低周疲劳裂纹扩展机制,结合Ramberg-Osgood循环应力应变曲线和Manson-Coffin疲劳寿命曲线等断裂力学理论,推导出一种新的低周疲劳裂纹扩展速率数学模型.与30Cr1Mo1V和St-4340的低周疲劳裂纹扩展速率试验数据进行对比,结果表明该低周疲劳裂纹扩展速率模型能够较好地预测材料的低周疲劳裂纹扩展速率.     

高铬铸铁蓖条的研究和应用

首先分析了烧吉机蓖条的失效原因和高铬铸铁的抗氧化机理，提出了用高铬铸铁制造烧吉机蓖条。试验结果表明，高铬铸铁的氧化速度和生长率明显低于灰铁和球铁，高铬铸铁蓖条的寿命达到２年以上，每吨烧结矿消耗蓖条小于０．０１５ｋｇ，使用性能达到国际先进水平。     

XFEM研究304不锈钢单边裂纹的高周疲劳扩展

为了研究金属微裂纹材料在较低的循环应力水平下的使用寿命,通过裂纹尖端奇异点的XFEM方法和Paris疲劳裂纹扩展理论研究了304不锈钢薄片样本的单边裂纹疲劳扩展行为,分别通过试验和数值模拟分析了高周疲劳应力循环下的裂纹扩展情况。结果表明,试验样本的总疲劳循环寿命约为1 180 000次。模拟的裂纹扩展速率与实际的试验扩展速率吻合度较好,通过XFEM计算出的裂纹增长数值解与应力强度函数确定的解析解在全区有较好的非线性拟合度,但是由于随着裂纹长度的不断增加,裂纹尖端应力强度因子的运算不稳定性增大,导致在III区中,数值解与解析解的?K值出现了非线性拟合度降低的趋势。     

球墨铸铁曲轴部分奥氏体化工艺

为提高曲轴铸件的综合力学性能，通过连续步进式加热方式对铸态球铁曲轴进行部分奥氏体化正火处理，在球铁基体内获得以珠光体为基体、石墨球周边呈分散状破碎铁素体的组织.研究了正火处理工艺参数对基体中铁素体的形貌、含量及铸件力学性能的影响，发现正火温度对铁素体的含量和破碎状态有显著影响，随铁素体含量的增加，试样的抗拉强度下降，韧性、塑性提高，而且铁素体含量对铸件显微组织形貌有明显影响.实验结果表明，该球铁曲轴的优化热处理工艺为：820℃正火保温65 min.在此工艺条件下可以得到破碎铁素体球铁组织，该组织具有较好的综合力学性能.     

M951合金的热疲劳行为

测试了3种镍基合金和1种定向钴基高温合金矩形缺口试样的热疲劳行为.试样缺口处萌生裂纹的扩展长度作为热循环次数的函数.实验结果表明新型镍基导向叶片材料M951合金的热疲劳裂纹萌生速率和裂纹扩展速率最低.M951合金的热疲劳裂纹主要沿晶内枝晶间扩展,主裂纹生长以裂纹尖端连续开裂的形式进行.     

双相奥氏体等温淬火球铁的机械性能

研究了含有20％,50％和70％奥氏体的双相奥氏体等温淬火球铁（双相ADI）的疲劳特性和机械性能,并与全铁素体球铁和ADI基体球铁作了比较,结果表明,如与全铁素体球铁相比,随奥氏体数量的增加,拉伸强度,屈服应力,断裂韧性和疲劳抗力都显著增大。对于延伸率减小,所有双相ADI基体在断裂前的变形都满足ASTMA536标准对铁素体球铁的最小要求值。含20％奥氏体试样的所有拉伸性能,在自由带加载最大的载荷,疲劳极限增大约25％。事实上,双相ADI提供的机械性能范围很宽,由自由铁素体和奥氏体的相对百分含量决定,可保证部件使用的安全性,可代换其它基体的球铁。     

超高强度钢疲劳裂纹扩展行为的透射电镜观察

用 TEM 观察了超高强度钢中疲劳裂纹尖端塑性区内的位错结构、微观组织与裂纹扩展行为间的联系。在塑性区内存在高位错密度的主位错带。就马氏板条晶论,裂纹扩展多为穿晶。裂纹扩展遇到束界时方向发生较大变化。     

铁基粉末冶金摩擦材料高能制动损伤机制

采用粉末冶金压烧技术制备铁基粉末冶金摩擦材料，研究摩擦材料在转速7500 r·min^-1、面压0.8 MPa、转动惯量0.045 kg·m²工况下的高能制动损伤机制。结果表明：铁基粉末冶金层损伤及失效主要表现为摩擦接触面内层石墨脱落和表面裂纹两方面。表面热裂纹的萌生主要分布在基体和石墨相的界面处以及边缘脱落锐角处。微裂纹的存在降低了主裂纹继续扩展的能量，阻碍主裂纹扩展，起到提高摩擦件性能稳定的作用。     

Q700D热影响粗晶区疲劳寿命与小裂纹扩展分析

为提高焊接构件的动载疲劳寿命,以热模拟为试验手段,对Q700D高强钢进行了焊接热模拟,研究了粗晶热影响区的疲劳寿命、小裂纹扩展行为以及组织软化特征。利用Paris方程和轴向拉伸疲劳试验数据,建立了ΔK_(th)值与模拟粗晶区疲劳寿命的对应关系,利用ΔK_(th)值实现了快速预估粗晶区疲劳寿命。研究表明:相同应力幅值下的lgN值与ΔK_(th)值存在一定的线性拟合关系,即ΔK_(th)值越大,则疲劳寿命N越长。小裂纹扩展微观机理在于所形成的大角度晶界(不小于15°)对小裂纹尖端的止裂性较强,可迫使小裂纹尖端转向耗能。CGHAZ的软化与第二相粒子回熔与粗化有关,粗化的第二相粒子易萌生小裂纹,可通过提高大角度晶界抑制裂纹扩展。     

热处理条件对GJW50钢结硬质合金热疲劳性能的影响

采用板状带Ｖ型缺口试样；在自制的热疲劳试验机上进行试验，研究了热处理条件对未经锻造的ＧＪＷ５０钢结硬质合金热疲劳性能的影响。结果表明，优化热处理条件，可提高台金中钢基体相的热疲劳抗力，从而抑制或终止热疲劳裂纹在钢基体相中的扩展。