电场、残余应力和介质对PZT-5H铁电陶瓷压痕裂纹扩展的耦合作用

通过在硅油中加恒电场实验,研究了PZT-5H铁电陶瓷Vickers压痕裂纹的扩展行为,探讨了电场、残余应力以及介质间的耦合作用.结果表明,残余应力不足以使压痕裂纹在硅油中发生滞后扩展,只有外加恒电场E>0.2 kV/cm,电场、残余应力和介质的耦合才能使压痕裂纹在经过一个孕育期tp后发生滞后扩展.由于有效应力强度因子随裂纹扩展而下降,故压痕裂纹扩展10-30 μm后就将止裂.压痕裂纹在硅油中滞后扩展的门槛电场强度EDp=0.2 kV/cm.如外加电场大于临界电场Ep=5.25 kV/cm,电场和残余应力的耦合可使压痕裂纹瞬时扩展;保持恒电场,裂纹能继续扩展,然后止裂.如外加电场大于12.6 kV/cm,不需要残余应力协助,电致裂纹也能在光滑试样上形核、长大、连接,导致试样断裂.试样发生电致滞后断裂的门槛电场EDF=12.6 kV/cm,发生瞬时断裂的临界电场EF=19.1 kV/cm.     

电场对铁电陶瓷压痕裂纹的作用

研究了极化锆钛酸铅（PZT-5）铁电陶瓷压痕裂纹在硅油中电场作用下的扩展过程。结果表明,当外加电场强度大于裂纹瞬时扩展临界电场强度（Eip=5.25kv/cm）,压痕裂纹能够发生瞬时扩展,继续保持恒电场,裂纹会继续扩展。当外加电场强度小于裂纹瞬时扩展临界电场强度,裂纹不发生瞬时扩展,但保持恒定电场,裂纹会发生滞后扩展。同时,裂纹扩展量显示各向异性,与垂直于电场方向裂纹相比,平行于电场方向的裂纹扩展量很小。     

湿空气中恒磁场导致(Tb,Dy)Fe2合金的滞后开裂

对（Tb,Dy）Fe2超磁致伸缩合金,用微分相衬显微镜原位研究了应力和磁场引起的畴变、卸载压痕裂纹在湿空气中的滞后扩展以及在湿空气中恒磁场引起的滞后畴变及滞后开裂．结果表明,当磁场大于门槛值上Hth后就能使压痕裂纹发生瞬时扩展;在湿空气中,残余应力能使（Tb,Dy）Fe2发生滞后扩展,当裂纹止裂后,恒磁场（H〈Hth）能使磁畴发生滞后变化,并能使压痕裂纹进一步发生滞后扩展．     

BaTiO3单晶压痕裂纹的畴变和裂纹扩展的原位观察

金相显微镜原位观察了面内极化的BaTiO3单晶在瞬时电场作用下的畴变和裂纹形核、扩展的关系以及未极化BaTiO3单晶在恒电场下Vickers压痕裂纹扩展和电致畴变的关系.结果表明,畴变是裂纹形核、扩展的先决条件,但不存在直接的关系.在恒电场下,未极化的BaTiO3单晶卸载压痕裂纹的滞后扩展可以导致畴变区的扩大.     

环境断裂研究进展

本文介绍了环境断裂近年来的研究进展.第一部分是功能材料的环境断裂.研究发现,铁电陶瓷如PZT和Ba-TiO3在有水或无水环境中,应力能使压痕裂纹发生滞后扩展(即存在应力腐蚀).恒电场能引起铁电陶瓷的畴变,不协调畴变会产生内应力,电场和应力场对环境断裂存在耦合作用,因此,恒电场下环境断裂的本质是内应力引起的环境断裂;对磁致伸缩材料如(ThDy)Fe2,应力和磁场均能引起畴变,卸载压痕裂纹在湿空气中的滞后扩展以及恒磁场引起的滞后畴变及滞后开裂均能发生.第二部分是关于氢压裂纹(白点)的再认识.氢压裂纹形核前是一个内壁光滑的空腔,微裂纹从空腔壁产生,而后连接形成白点.白点断口和含白点试样的断口概念不同,对车轮钢,前者为准解理的穿晶断裂,和氢致滞后开裂断口相同,但后者则依赖断裂方式和试样厚度.钢中白点除了产生二次裂纹外,对各种断口形貌均没有影响.车轮钢的滞后断裂由原子氢引起,与白点无关.     

应力促进PZT铁电陶瓷的电致滞后断裂

用单边缺口拉伸试样研究了外加应力强度因子对PZT-5铁电陶瓷电致瞬时断裂以及在硅油中电致滞后断裂的影响。结果表明，在硅油中发生瞬时断裂的临界电场强度EF随外加应力强度因子KI的升高而线性下降，外加正、负恒电场在硅油中能发生滞后断裂，外加KI则促进电致滞后断裂，电致滞后断裂的门槛电场EDF随KI升高而线性下降，且和电场符号无关，外加应力促进恒电场下的滞后断裂表明，应力、电场和环境对铁电陶瓷的断裂存在耦合作用。     

PZT-5铁电陶瓷恒载荷压痕裂纹在空气和水中的扩展过程

用Vickers硬度计作为加载装置,研究了极化锆钛酸铅(PZT-5)铁电陶瓷压痕裂纹恒载荷下在室温空气和水中的扩展规律.结果表明,恒载荷下,压痕裂纹在空气和水中不断扩展, 120 h后趋于稳定,从而就可获得裂纹扩展速率和裂纹止裂的门槛应力强度因子KISCC,它们均显示各向异性.研究表明,裂纹扩展速率和KISCC的各向异性与铁电陶瓷断裂韧性的各向异性有关,即裂纹扩展速率随KIC的增加而降低,而KISCC随KIC的增加而升高.平行极化方向裂纹的断裂韧性比垂直极化方向高,即KCICdn/dt;与在空气中相比,在水中应力腐蚀更敏感,即裂纹扩展速率更高、门槛值更低.     

恒应力下BaTiO3单晶压痕裂纹的滞后扩展和畴变

原位研究了残余应力和外加应力导致BaTiO3单晶压痕裂纹在湿空气和水中的滞后扩展及畴变．结果表明;很小的外应力就可使压痕裂纹扩展,裂尖的应力场强度因子KI=0．242σ√c＋0．0117d√YP／c^3／2．残余应力能使卸载压痕裂纹在湿空气和水中滞后扩展并使裂纹所围的畴变区增大．在水中外加恒应力,经过一定时间后畴变区先增大,然后才导致裂纹滞后扩展．     

单晶硅压痕裂纹的氢致滞后扩展

利用压痕裂纹恒载荷试样，研究了单晶硅在空气中应力腐蚀以及动态充氢时氢致滞后开裂的可能性；利用卸载的压痕裂纹试样研究了残余应力引起氢致滞后开裂的可能性．结果表明，单晶硅压痕裂纹恒载荷试样当KI=KIC时在空气中并不发生应力腐蚀．在H2SO4溶液中动态充氢，则能发生氢致滞后开裂，止裂时归一化门槛应力强度因子为KIH／KIC≈0.9、卸载压痕裂纹的残余应力在充氢过程中也能引起氢致滞后开裂，归一化门槛应力强度因子为KIH／KIC≈0．9．     

工作介质中材料的应力腐蚀性能

为了研究某材料在工作介质中的应力腐蚀问题,开展了光滑试样和中心穿透预裂纹试样在温度为T_0、不同试验介质中、施加一定预应力水平的恒载荷试验,测试试样的力学性能,分析其金相组织,并测量了预裂纹试样在恒载试验过程中裂纹的扩展量.结果表明:在不同试验介质中,施加(90～95)% σ0.2载荷的光滑试样和施加(30～90)% K_c载荷的预制裂纹试样,经过约13000 h的试验后,没有试样发生滞后断裂,试验前后材料的抗拉强度、断裂韧性没有发生显著性变化;预制裂纹试样在恒载过程中裂纹向前扩展,扩展速率在10~(-5) mm/h的数量级;材料在工作介质中不存在应力腐蚀.     

循环载荷下裂尖形变规律的实验研究

应用散斑干涉技术，在常幅载荷下对疲劳裂纹扩展过程中的一个循环周期内，不同加载阶段的裂尖应变、裂纹张开位移进行了原位测量，给出了裂纹闭合对裂纹张开位移及裂尖形变的影响规律。结果表明：由于裂纹闭合和残余压应力的存在，疲劳裂尖应变与外加载荷的平方并不成正比，在加载初期，裂纹处于闭合状态，裂尖应变无明显变化，随着载荷的增加，裂纹逐渐由远离裂尖处张开并向裂尖发展，一旦裂纹完全张开，裂尖应变迅速增加，对裂尖应力-应变状态的分析表明，裂尖材料的应力-应变关系类似于光滑试样低周拉压疲劳应力-应变滞后关系。     

SHORT FATIGUE CRACK PARAMETER BASED ON THE TOTAL CRACK AREA

1. Introduction The initiation and propagation behavior of short cracks occupies a significant fraction of the fatigue life of unflawed material[13]. For this reason an understanding of the basic characteristics of short cracks in a smooth specimen is very important. There have been some studies concerned with the multiplication of cracks during fatigue in carbon steels[3~1 and a stainless steel1~J. In particular Goto reported that there is a continuous formation of microcracks during the en…     

8090Al—Li合金疲劳短裂纹门槛值的研究

本文研究了8090Al-Li合金穿透疲劳短裂纹的门槛值,测定了不同长度短裂纹的门槛值和裂纹闭合效应,探讨了该合金疲劳短裂纹门槛值、裂纹尾迹和裂尖屏蔽之间的关系,给出了该合金穿透疲劳短裂纹的上界值和理论最低门槛值。     

电磁热效应对T7钢的裂纹止裂

利用电磁热效应原理,在自制的ＺＬ０－１型超强度脉冲电流以发生装置上,对Ｔ７钢的纹止裂效果进行了初步研究。表明：对试件实施放电瞬间,在裂纹尖端处形成焊口使裂纹尖端的同蓄半径增大,达到抑制裂纹扩展的目的。同时：对裂纹尖端热影响区的组织进行了分析,并讨论了因快速加热和冷却作用所获得细小淬火马氏体组织及热压应力和相变压应力对止效果的影响。     

汽车拨叉淬火裂纹分析

对45钢制汽车拨叉在淬火过程中出现的裂纹，运用断口分析法和裂纹分析法找出了裂纹形成的原因，通过改进淬火工艺解决了拨叉的淬火开裂问题。     

寻找疲劳裂纹源头的分析步骤

在探出工件裂纹后，必须根据现场情况及一些裂纹图片、结合疲劳分析的常识，在不拆卸（解剖）或少拆卸（解剖）的情况下，尽快找出裂纹源头，清除隐患。通过三个途径：①从断口或有开口裂纹的位置找。②从结构图上找。③参考机械设计人员及使用者的意见找出了裂纹源头并给出了一些照片，避免了事故的恶化和发生。     

残余压应力场中裂纹扩展的闭合模型

分析了残余压应力对裂纹闭合的影响机理,在此基础上建立残余应力场中裂纹扩展闭合力的预测模型,讨论了裂纹闭合的尺寸效应,将模型延伸至短裂纹和表面裂纹的范围．对形变强化组织影响闭合进行了讨论     

Fatigue crack retardation by silicon carbide powder paste infiltration under different cyclic stress conditions*

Fatigue crack retardation with infiltrated SiC paste into a crack is examined in low carbon structural steel. Two different sizes of SiC powders, whose average diameters are 15 and 53 μm, are used. The SiC powder mixed with oil is infiltrated into a through thickness fatigue crack from the crack mouth. Fatigue crack growth retardation is examined by the ΔK increasing test of R = 0.1, comparing with the base plate property, where ΔK is stress intensity factor range and R is stress ratio. Crack growth is retarded just after infiltrating SiC paste into the crack mouth, and the deceleration of crack growth rate to 1/50 of the base plate appears in the maximum. It is revealed that this crack retardation behaviour results from the crack closure induced by the wedge effect of the SiC particle into a crack. The crack retardation effect is investigated with several combinations of SiC particle size and cyclic stress conditions. The crack growth rate, da/dn and stress intensity factor, K_cl for the crack closure depend on both the maximum stress intensity factor, K_max, and the stress ratio, R. While the better retardation effect can appear in the higher K_max and the higher R ratio, it disappears in the R ratio over 0.7. The SiC paste with 15 μm powder brings the crack retardation effect in the wider cyclic stress condition more stable than in the SiC paste with 53 μm powder.     

BEHAVIOR OF SHORT FATIGUE CRACKS AT BLUNT NOTCHESIN A MEDIUM CARBON STEEL

1.IntroductionTheinitiati0nandpropagation0ffatiguec=acksatn0tchesareofgreatpracticalim-portancesincethemaj0rity0ffatiguefailuresinengineeringc0mponentsandstructuresoccurduetol0calstressconcentrationsatnotches.Thefatiguelifeisusuallyseparatedintotwoparts:0neportion0flifespentincrackinitiationandtheotherp0rti0nspentinpropagati0n.However,t0talfatiguelifecannotbeevaluatedbecausetherearepresentlyn0proceduresf0revaluatingthecrackinitiati0nlength.Crackinitiati0nisusuallydefinedasthepr0cessesofl0calpl…     

SiC颗粒对SiC_p/2009Al复合材料疲劳短裂纹扩展的影响

采用粉末冶金法制备15%(体积分数)SiC_p/2009Al复合材料,研究该材料的微观组织、力学性能、高周疲劳性能以及疲劳断口形貌.结果表明:在SiC_p/2009Al复合材料的疲劳短裂纹扩展阶段,SiC颗粒及其表面包覆的2009Al薄层在裂纹扩展面上形成"丘陵"状形貌,使疲劳断口的粗糙度增大,裂纹的闭合效应也随之增大:同时"丘陵"状形貌可以引发疲劳裂纹扩展路径偏析,使裂纹扩展的有效驱动力减小并使裂纹扩展路径增加;上述裂纹迟滞效应使SiC_p/2009Al复合材料在短裂纹扩展阶段具有较高的疲劳裂纹扩展抗力.