6063铝合金韧性断裂机制的研究

设计可实现不同应力状态的原位拉伸试样,在SEM下进行原位拉伸试验,对断裂过程做了详细的研究和分析.试验表明,不同应力状态下的试样表面在拉伸过程中都产生了大量的滑移带,但其韧性断裂机制不同.随着三轴应力度的降低,断裂从韧窝剪切机制向纯剪切断裂机制过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6063铝合金的晶界最薄弱,微裂纹形核于晶界,随载荷增大,微裂纹之间通过扩展或剪切连接导致试样断裂;试样最小截面上的三轴应力度越小,试样断口的两个面上韧窝的取向越明显,而且断口越光滑.     

剪应力状态下6061铝合金的力学性能及断裂行为

对设计的拉伸剪切试样和原位拉伸剪切试样分别进行不同剪应变率下的拉伸剪切试验及原位拉伸剪切试验,研究6061铝合金在剪力状态下的力学性能及断裂行为,并用有限元软件ABAQUS对铝合金在剪应力状态下的断裂行为进行模拟。结果表明:随着剪应变率的增大,6061铝合金的剪切屈服强度和抗剪强度基本保持不变,但剪切断裂应变明显减小;剪应变率对试样的断口形貌没有影响;6061铝合金晶界是其最薄弱环节,在拉伸剪切过程中铝合金试样表面上产生了大量与拉伸方向平行的滑移带;微裂纹在剪应力作用下形核于与拉伸方向平行的滑移带和晶界,随着剪应力的增加,微裂纹长大和扩展;微裂纹之间通过剪切而连接导致试样断裂;6061铝合金剪切断裂行为可以用Johnson-Cook模型进行描述。     

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。     

SEM原位观察3104铝合金板材的断裂行为

利用原位拉伸扫描电镜,观察并研究了3104铝合金冷轧板动态拉伸过程中裂纹萌生和裂纹扩展情况,讨论了裂纹萌生和扩展与板材微观组织之间的关系。结果表明：在拉伸过程中,裂纹起源于滑移带处,并沿滑移带扩展。裂纹扩展路径受拉伸应力状态以及板材内部晶粒和粗大第二相分布的影响。原位拉伸断裂模式为韧窝断裂和剪切断裂复合断裂模式,断口形貌受裂纹扩展应力状态的影响。     

A6N01铝合金焊接接头疲劳损伤和断口形貌分析

采用高频疲劳试验机对A6N01铝合金MIG焊接试样进行低周拉伸疲劳试验,研究了A6N01铝合金焊接接头疲劳过程中表面形貌变化和疲劳断裂后的断口形貌。结果表明:随着循环应力的加载,在试样产生裂纹之前,晶界处位错塞积严重,产生永久滑移带,裂纹源萌生于永久滑移带。气孔、夹杂等缺陷处应力集中较大,也容易称为裂纹源。在裂纹扩展过程中,主裂纹对次裂纹的扩展具有屏蔽作用。裂纹在相邻的不同位向的晶粒中扩展时,裂纹扩展方向发生变化。A6N01铝合金焊接接头疲劳断口有较多浅显的韧窝,说明A6N01铝合金焊接接头具有良好塑性。     

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。     

不同片层厚度TC4合金的原位拉伸变形行为

将TC4合金加热到相变点以上,经不同冷却方式冷却后获得了不同厚度的α相片层组织,用扫描电镜观察了不同片层厚度TC4钛合金在室温下的原位拉伸变形过程;使用原子力显微镜和激光共聚焦显微镜分别观察了拉伸变形后的滑移情况和断口的3D形貌。结果表明:TC4钛合金在热处理过程中,冷速越快,α片层越薄;在塑性变形阶段,厚薄两种片层组织中的滑移剪切带与拉伸方向呈大约45°角;拉伸加载初期,微裂纹萌生于试样缺口处,随着载荷的增加次生裂纹易产生于α/β相界,然后相互连接形成主裂纹;厚片层试样中裂纹主要沿相界和穿层的方式扩展,薄片层试样中裂纹扩展主要以穿层方式为主;厚片层试样的拉伸断口中存在着较多解理面以及撕裂棱,主要是解理断裂,而薄片层试样断口中有少量韧窝和解理面,主要是准解理断裂。     

应力状态对无取向电工钢塑性变形和断裂行为的影响

以晶粒粗大的无取向电工钢为研究对象,通过改装的Arcan夹具和蝶形试样,研究了0°纯拉伸、45°拉伸-剪切复合、90°纯剪切3种应力状态下,应力三轴度Rσ对材料塑性变形和断裂机制的影响。采用万能拉伸试验机多次定点停车、SEM观察晶粒变形和裂纹扩展的试验方法,实现了对变形过程的"准原位跟踪"及其力学响应的动态分析。发现应力三轴度对晶粒的滑移阻力有决定性影响。应力三轴度Rσ越小滑移越容易进行,其断裂形式越接近于无空穴剪切型损伤,断面韧窝特征越少;反之,滑移越难进行,断裂形式越接近拉伸型空穴损伤,断面韧窝密集。对于无取向电工钢,当Rσ≈0时,随着变形损伤的加剧,材料最终发生剪切型断裂;当0Rσ≤0.4时,材料为剪切和韧窝混合型断裂;当Rσ0.4时,材料为韧窝型断裂。     

TC4钛合金薄板激光焊接接头的疲劳寿命及断口分析

研究了TC4钛合金薄板激光焊接接头及母材的疲劳性能,并对其疲劳断口进行了观察.结果表明,接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,在高应力水平时低于母材.母材疲劳裂纹萌生于试样表面;在裂纹扩展区有平行排列的弯曲的二次裂纹和期间更细的疲劳辉纹,瞬断区为细小的等轴韧窝.焊缝疲劳裂纹起源于表面的气孔,源区有笔直且平行排列的二次裂纹;在裂纹扩展区,断口形貌与组织有关,细晶区为韧窝,在细晶与柱状晶交界处为敞口浅韧窝,柱状晶和粗晶区为晶粒大小的刻面,上有大量的微剪切滑移带,断裂机理为滑移带形成及开裂.     

热处理对7075铝合金应力腐蚀及断口形貌的影响

采用预裂纹双悬臂梁(DCB)试样研究了7075铝合金的应力腐蚀行为.结果表明,四种不同热处理状态合金的应力腐蚀敏感性由高向低的排列顺序为T6>G180>RRA>T7351.不同热处理状态的7075铝合金试样在干燥空气中的SSRT拉伸断口形貌都是由韧窝剪切台阶组成,属于韧窝型延性断裂.在3.5%NaCl溶液中,应力腐蚀敏感性较高的T6状态铝合金,其断口形貌是由塑性韧窝和腐蚀平坦区组成的,而应力腐蚀敏感性较轻微的7075-G180铝合金,属韧性断裂.