γ-TiAl金属间化合物的压缩断裂行为研究

通过室温压缩试验,研究全片层γ-TiAl基合金在不同加载速度和不同卸载载荷下的压缩断裂行为。结果表明:随着加载速度的增加,γ-TiAl基合金试样的屈服强度及抗压强度相应增大;试样的最终断裂是通过裂纹的形核、扩展以及相互贯通而形成的,断裂面主要由剪应力形成的撕裂区和压应力形成的解理断裂区域组成,并且在不同加载速度下,断口也呈现出规律性的变化。在不同载荷加载-卸载-再加载的过程中,小载荷(4.67、9.42、18.94 k N)下卸载和加载的名义应力-名义应变曲线完全重合,大载荷(26.60、37.24、53.20 k N)下卸载后产生的不可逆应变依次增大;裂纹面密度随着卸载载荷的增大而逐渐增大,材料的损伤程度不断增加。     

锌锅用热轧钢板解理断裂行为分析简

 通过断裂试样断口的宏观和显微分析、显微组织表征、拉伸和冲击试验以及解理断裂应力条件,讨论分析了锌锅用低强度级别钢板弯曲成形断裂的微观解理断裂行为。结果表明,钢板发生解理断裂的微观机制与冲击试样断裂相同,即晶粒尺寸控制的穿过晶界的裂纹扩展是解理断裂的临界事件。粗大的铁素体晶粒的面积分数过高显著降低了裂纹扩展阶段所需的局部解理断裂应力σf。断口宏观分析判断在钢板边部应存在导致应力集中的初始裂纹源,这极大降低了启动解理断裂的断裂应力并同时提高裂纹源前端的正应力σyy,扩大了解理断裂活跃区至初始裂纹前端,从而不可避免地发生脆性解理断裂。     

锌锅用热轧钢板解理断裂行为分析

通过断裂试样断口的宏观和显微分析、显微组织表征、拉伸和冲击试验以及解理断裂应力条件,讨论分析了锌锅用低强度级别钢板弯曲成形断裂的微观解理断裂行为。结果表明,钢板发生解理断裂的微观机制与冲击试样断裂相同,即晶粒尺寸控制的穿过晶界的裂纹扩展是解理断裂的临界事件。粗大的铁素体晶粒的面积分数过高显著降低了裂纹扩展阶段所需的局部解理断裂应力σf。断口宏观分析判断在钢板边部应存在导致应力集中的初始裂纹源,这极大降低了启动解理断裂的断裂应力并同时提高裂纹源前端的正应力σyy,扩大了解理断裂活跃区至初始裂纹前端,从而不可避免地发生脆性解理断裂。     

TiAl基合金双态组织平板拉伸连续卸载试验的研究

通过多次拉伸卸载试验对TiAl基合金在经历多次拉伸卸载以后宏观性能和微裂纹面密度的变化,以及前一阶段的损伤对随后阶段损伤产生的影响进行了详细的研究.研究表明:在载荷控制下的试验中,随着卸载应力的增加,裂纹面密度并没有增大,即用微裂纹表征的损伤程度并没有增加的趋势;整个多次拉伸卸载过程并不影响材料的弹性模量E;当拉伸到某一个应力下,宏观表现为断裂应力以,断裂应变‘f和单位面积断裂功W'开始减小.材料在载荷控制的拉伸中产生损伤的程度并不能用弹性模量E和裂纹面密度.来衡量.     

TiAl基合金压缩状态下变形及损伤机制的研究

通过力学性能测试、扫描电镜观察以及有限元模拟计算的方法,研究了全层组织γ-TiAL基合金在压缩状态下的变形及损伤机制.结果表明:较小的加载卸载应力作用下,材料的压缩性能没有受到影响,直至卸载应力超过最大压缩应力之后,由于材料内部损伤的积累程度增大,在材料内部形成主裂纹,使得有效承载面积下降,后续再加载过程中材料的断裂应力整体下降.压缩状态下:首先,随着变形程度的增加,晶粒周围出现大量的滑移线及挤出脊,滑移线和挤出脊处出现较大的裂纹,试样表面产生平行于压缩轴方向的裂纹并迅速扩展,表面裂纹面密度明显增加,45°方向上的沿层裂纹扩展程度较大,但裂纹长度仅限于晶粒尺寸的大小(100～300μm).其次在压缩加载过程中,材料在较小的正应力作用下,观察得到表面萌生以下4种裂纹:平行于压缩轴方向的纵向沿层裂纹;与压缩轴方向成较小角度的纵向沿层裂纹;与压缩轴方向成较小角度的纵向穿层裂纹;纵向的穿晶裂纹.     

全层TiAl基合金室温断裂机制的研究

通过拉伸、压缩、弯曲实验分析研究了全层(FL)组织TiAl基合金的断裂机制。研究发现:拉伸和压缩时材料抵抗裂纹的扩展能力不同,抗压强度远高于抗拉强度,这是由于两者的变形及断裂机制不同。TiAl基合金拉伸断裂机制为脆性解理断裂,压缩变形断裂是剪应力和正应力共同作用下的断裂,是准解理断裂。TiAl基合金的缺口弯曲断裂方式也为解理断裂,其断裂过程是先在缺口处产生微裂纹,一旦裂纹在缺口根部产生,由于材料已积累足够的能量使得材料快速失稳解理断裂。     

铝合金在两种应力状态下损伤的有限元模拟

通过对铝合金（6063）进行缺口拉伸及纯剪切试验，研究了铝合金在这两种应力状态下的损伤没断裂机制。研究结果表明：缺口拉伸试验中，缺口根部产生相对较高的三轴应力，随着应力的不断升高，微孔洞的体积分数不断增大。当达到材料的临界孔洞体积分数时，试样断裂；纯剪切试验中，在材料内部几乎没有产生微孔洞而产生了剪切带。显微裂纹首先在剪切带中产生，随着裂纹的进一步扩展，最终导致试样断裂；用改进的Gurson模型和Johnson-cook模型分别模拟缺口拉伸和纯剪切试验，横拟的工程应力-应变曲城与试验的工程应力，应变曲线符台得很好。另外根据有限元模拟和试验数据还得出了6063（T6）铝合金缺口试样中微孔洞损伤的经验演化方程。     

全层TiAl基合金缺口试样原位拉伸卸载试验的研究

通过对TiAl基合金不同类型的缺口试样进行原位拉伸卸载实验和相应的断裂表面观察,研究了TiAl基合金全层组织的断裂机理。研究发现:对于缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹首先起裂、扩展并最后断裂。在整个断裂过程中断裂是穿层断裂和沿层断裂的混合体,裂纹路径较曲折。在拉伸过程中,试样产生微裂纹导致材料发生损伤,随后卸载再加载时,与先前相比,裂纹更易扩展。预损伤加快了裂纹的产生和扩展,使损伤进一步加重,促使材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降。     

7055铝合金恒载荷应力腐蚀性能及机理研究

采用室温拉伸、光学显微镜和扫描电镜研究了不同恒载荷条件下7055铝合金型材的应力腐蚀性能。结果表明,在腐蚀周期内,随着应力腐蚀载荷的提高,试样的强度并未出现明显的下降,而塑性下降40%。应力腐蚀载荷越接近材料的屈服强度,塑性下降就越明显,抗拉应变和延伸率均有降低。应力腐蚀试样表层部分区域有明显的点蚀、沿晶腐蚀空洞和裂纹;拉伸时,腐蚀缺口处会产生明显的应力集中而成为起裂源,拉伸断口边缘被腐蚀区域为明显的沿晶断裂。     

微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响

利用不同奥氏体化温度和冷却速率对碳质量分数为0.54%高速车轮钢进行热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距微观组织的试样.在-120~20℃温度下对具有不同微观组织的拉伸试样和三点弯曲（3PB）缺口试样进行测试;采用二维平面应变有限元计算三点弯曲缺口试样缺口前的应力分布;利用扫描电镜对3PB试样断口进行观察并测量解理起裂源的位置;测定不同微观组织车轮钢试样的解理断裂应力.在扩展控制断裂机制下,微观组织对车轮钢的解理断裂应力具有明显影响,晶粒尺寸和珠光体片间距越小解理断裂应力越高.细化晶粒使未扩展微裂纹的特征长度减小,细化珠光体片间距有助于提高珠光体的有效表面能,从而使得解理断裂应力提高.      

基于直流电压降法的传热管疲劳裂纹扩展速率测量

介绍了基于直流电压降法测量蒸汽发生器传热管690合金轴向疲劳裂纹扩展速率的销加载拉伸方法.该方法与其他方法相比较,可以直接采用原始管状材料,在线连续测量管状试样在不同应力强度因子下的疲劳裂纹扩展.通过对标准紧凑拉伸试样的类比分析,建立传热管试样的销加载拉伸模型,并对该模型进行电学和力学有限元模拟分析,确定直流电压降数据采集方法.验证试验采用核电蒸汽发生器用690合金传热管,分别研究了室温和高温325℃空气中载荷和温度对材料疲劳裂纹扩展速率的影响,试验结果采用Paris-Erdogan公式进行拟合,吻合度较好.扫描电镜下观察端口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,在穿晶断口上观察到明显的疲劳辉纹和微塑性区.      

不同应变速率下TiAl基合金压缩断裂行为的研究

通过力学性能测试和扫描电镜观察,研究了全层组织和双态组织γ-TiAl基合金在不同应变速率下的压缩断裂行为。结果表明：室温下其压缩性能远远优于拉伸性能,且表现出一定的塑性;材料的力学性能参数对应变速率非常敏感,当应变速率逐渐增加时,全层组织的屈服强度和抗压强度均呈增大趋势;而双态组织在应变速率由静态、准静态到动态的变化范围内,屈服强度和抗压强度的值先减小后增大,当应变速率ε′=9.8×10^-4s^-1时,屈服强度和抗压强度的值达到最小;试样的最终断裂是通过裂纹的形核、扩展以及相互贯通而形成的,断裂面主要由剪应力形成的剪切无定形断裂特征和正应力形成的解理断裂特征组成,并且在不同应变速率下其断口也呈现出规律性的变化。     

TC4-DT钛合金高周疲劳行为研究

对TC4-DT钛合金的高周疲劳性能及断口形貌进行了研究。结果表明：TC4-DT钛合金的S-Ⅳ曲线（应力比R=-1）不出现呈水平线的疲劳极限,10^7次不被破坏的条件疲劳极限为550MPa,置信度为95％;疲劳裂纹源均出现在试样的表面,疲劳裂纹扩展区较大说明材料具有较高的断裂韧度;疲劳裂纹扩展区由许多解理小刻面组成,解理面上可见疲劳条带及二次裂纹,以解理断裂为主;断裂区断口表面由许多互相连接的凹坑所组成,主要表现为韧窝断裂。     

B2型稀土金属间化合物DyAg机械性能研究

B2型稀土金属间化合物由于具有良好的室温塑性而受到人们的关注,通常情况下,应力诱导相变有助于提高材料的塑性。对B2型稀土金属间化合物多晶DyAg首先进行拉伸和压缩试验,然后将经过拉伸和压缩变形的试样进行X射线衍射(XRD)分析以确定在变形过程中是否有应力诱导的相变产生。实验结果显示:DyAg合金的延伸率约为8%、抗拉强度为220 MPa,断裂方式为解理和沿晶断裂;压缩率高达59%、抗压强度为1050 MPa。XRD分析形变后的DyAg试样未发现有应力诱导的相变产生,因此可以排除由于应力诱导相变而导致DyAg合金具有良好室温塑性的这种可能。     

不同组织状态TC4 ELI钛合金动态力学性能研究

利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对低间隙Ti-6Al-4V(TC4 ELI)合金的等轴组织、双态组织和魏氏组织试样进行了动态压缩试验。应变率分别为ε=2000,3000,4000 s-1,得到了动态压缩真应力-应变(σ-ε)曲线,并对试验后发生剪切失效破坏的试样沿纵剖面切开,利用金相显微镜(OM)进行显微组织观察。结果表明:动态压缩条件下TC4 ELI合金3种组织试样的真应力-应变曲线大致分为弹性阶段和塑性阶段,没有明显的屈服平台,3种组织状态下的试样在高应变率下应变强化效应不明显,表现出一定的应变率强化效应;在4000 s-1应变率加载条件下,平均动态流变应力(σ)、均匀动态塑性应变(ε)以及冲击吸收功(E)按等轴组织、双态组织和魏氏组织顺序依次减小,等轴组织试样的σ,ε和E分别达到了1400 MPa,0.34%和470 kJ.m-3,具有较好的动态力学性能;在4000 s-1应变率加载条件下3种组织状态的试样均发生了剪切失效破坏,并在其纵剖面上都观察到了一条白亮的绝热剪切带(ASB),裂纹沿着绝热剪切带由圆柱试样的圆柱面向中心扩展,与ASB形成和扩展的方向一致,剪切带与导致断裂的裂纹密切相关。     

7475-T7351铝合金抗疲劳性能研究

采用旋转弯曲疲劳试验、轴向加载疲劳试验、疲劳裂纹扩展速率试验等疲劳性能测试方法,研究了7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能.并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了该合金的显微组织和疲劳断口形貌.结果表明:7475-T7351铝合金具有良好的耐疲劳损伤性能,光滑试样(Kt=1)在室温旋转弯曲和高温轴向加载条件下的疲劳极限分别为180.0和345.0 MPa,缺口试样(Kt=2.2)在室温旋转弯曲加载条件下的疲劳极限为91.9 MPa;合金厚板材料在高温下缺口敏感性有所降低;国产材料裂纹扩展速率随应力比增加而增大,裂纹扩展门槛值减小;国产7475铝合金与进口材料在裂纹稳定扩展阶段裂纹扩展行为基本相当;在近门槛值附近不同应力比下的裂纹扩展门槛值略有差别.     

纳米铝合金的断裂与塑性变形

在结构非均匀的多晶材料中,局域化塑性变形不仅在微观层次而且也在介观层次上具有波动特征,并以塑性波形态进行扩展,这一现象与材料亚韧性断裂之间有相互关系。纳米晶、亚微米微晶2009铝合金试样在经受拉伸应力实验时,试样上各点的应变量在三维方向上均呈波动性变化,且随着外加载荷的增加而波动的幅度增加。塑性变形的波动的传播是在加载过程中,试样内的剪切稳定性丧失后,由于晶粒群转动,在试样上沿最大剪应力方向形成了吕得尔斯条带而逐步形成的。主剪切带形成了一个塑性变形的波峰,接下去侧生条带和次生带形成波峰和波低谷区,周而复始,形成了塑性变形的波动的传播。应力应变峰值的形成与材料缺陷所造成应力集中有关。试样于应力集中点起始迅速开裂。宏观断裂强度仅体现了材质缺陷弥散程度的统计平均数。     

16Mn板材纵向和横向试样冷脆行为的研究

本文研究了16MnR板材纵向及横向试样在系列温度拉伸,冲击和缺口弯曲等条件下的力学行为。试验结果表明,非金属夹杂物形态及分布对延性断裂有着明显的影响,而对解理断裂几乎没有影响。其表现为,在具有微孔起裂机制时,两种试样的塑性和韧性有着明显的差异,但以解理断裂机制起裂时,两者的断裂行为基本相同。分析结果表明,工程中的冷脆主要与解理断裂相关。对评价低碳钢的冷脆倾向性,采用断口形貌脆性转折温度较按照冲击值标准可能更为合适。     

高氮不锈轴承钢碳化物分布与高温断裂机制

 通过高温拉伸试验研究高氮不锈轴承钢高温断裂行为,探究了170 ℃和470 ℃回火态钢中碳化物分布特征,分析了高温拉伸断裂及组织演变和碳化物分布规律。研究发现,回火温度从170 ℃升高至470 ℃,高氮钢中大于0.8 μm的碳化物明显增加,高氮钢中M₂₃C₆强化增量提高了2.59 MPa,固溶强化增量下降了118.82 MPa,470 ℃回火态钢的室温抗拉强度降低、拉伸断口表现为准解理和少量撕裂韧窝;拉伸温度升高至300 ℃,试样断口表现为等轴型韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.8~3.6 μm和5.5~6.7 μm;450 ℃拉伸断口表现为塑孔韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.7~3.4 μm和5.8~6.4 μm。拉伸温度从300 ℃提高至450 ℃,钢的固溶强化和位错强化作用减弱,金属原子间结合能下降,碳化物与基体不连续应力分布加剧变形不协调性,碳化物承担较高应力而发生断裂。单纯热作用下钢中0.5~0.8 μm尺寸碳化物数量比例增加;在热力耦合作用下,钢中应力所导致的位错增殖为碳元素扩散提供通道,钢中碳化物在晶界和位错线上形核析出0.2~0.8 μm碳化物。裂纹沿着与拉伸方向45°角的最大剪力方向快速扩展而断裂,最终形成锯齿状的断口,小尺寸碳化物增多阻碍位错滑移导致塑性降低;钢中大尺寸碳化物不均匀分布在碳化物间形成大变形塑孔而增加钢的塑性。     

冷轧TRIP800钢的组织性能和形变行为

 采用Gleeble 3800热模拟机、MTS拉伸实验机、LEO1450携带EBSD系统的扫描电镜与高倍电镜等对TRIP800进行了组织性能考察,并对其形变过程裂纹走向与断裂机理进行了观察分析。结果表明,实验钢退火加热温度为840 ℃,保温120 s后获得最优力学性能。其残余奥氏体晶粒主要分布在晶界处,且尺寸在3 μm以下。原位拉伸时,当试样裂纹尖端遇到残余奥氏体时,应力集中促使马氏体转变,裂纹尖端被钝化,产生TRIP效应。最后,试样断口中部为剪切断裂,边部为塑性断裂。