物理金相三级人员试题参考答案

二　问答题2 4 .沿晶断裂是裂纹沿晶界扩展而造成金属材料的脆断。在失效分析中常见的有以下几种类型的沿晶断裂形式 :(1)晶界沉淀相造成的沿晶断裂。晶界上不连续的沉淀相在外力作用下 ,在其周围首先形成微孔 ,后经长大连接成为晶界裂纹 ,最后造成沿晶断裂 ,此时为沿晶韧窝断裂。若晶界上沉淀相粒子形成脆性网状薄膜 ,此时断裂为脆性薄膜分裂型。(2 )杂质元素偏聚造成的沿晶脆断。杂质元素Ｐ ,Ｓ ,Ｓｂ ,Ａｓ和Ｓｎ等在晶界上存在并达到一定浓度时 ,它们将降低晶界内聚能 ,从而引起脆断。如高强度低合金钢的回火脆性就是典型例子。(3)由环…     

镍基单晶高温合金热机疲劳断裂特征

为了进一步提高镍基单晶高温合金的热机疲劳性能,通过微观结构解析研究了合金热机疲劳断裂特征.通过金相和扫描电子显微镜研究了热机疲劳断裂的断口特征和微观结构.研究表明:裂纹起源于形变孪晶与试样外表面的交截处,过程中的氧化有助于裂纹的长大;裂纹尖端的应力场诱发出大量形变孪晶,而形变孪晶的存在为裂纹进一步沿着孪晶界扩展提供了便利条件;镍基单晶高温合金的疲劳断裂主要是由于形变孪晶的形成以及裂纹沿孪晶界的扩展造成的.形变孪晶与高温合金疲劳断裂密切相关.     

纳米ZrO2与微米Al2O3复合陶瓷的断裂模式

研究了两种微米Al2O3与纳米ZrO2复合陶瓷的裂纹扩展过程与显微结构的关系.结果表明,Al2O3晶粒内部形成纳米级或亚微米级ZrO2颗粒,是复合陶瓷的断裂模式从沿晶断裂向穿晶断裂转化的主因.ZrO2含量较低有利于Al2O3晶界迁移包裹纳米ZrO2形成内晶结构;而ZrO2含量较高使主晶相长大受到抑止,不利于形成内晶结构,趋向于沿晶断裂.裂纹穿晶扩展需要的驱动力比沿晶断裂大,故裂纹扩展阻力曲线的上升趋势更加显著.裂纹穿晶扩展路径主要取决于内晶颗粒产生的弹性应力场的性质.     

单晶γ-TiAl合金中裂纹沿[111]晶向扩展的分子动力学研究

为了从微观角度探索γ-TiAl合金中特定晶向的裂纹扩展机理,研究了γ-TiAl合金中[111]晶向微裂纹扩展的过程及其断裂机理。首先在单晶γ-TiAl合金中预置[111]晶向的微裂纹,然后通过分子动力学方法模拟该裂纹的扩展过程,最终分析了裂尖原子组态变化、微裂纹扩展路径以及应力-应变情况。研究表明,该晶向的微裂纹不是沿直线扩展,而是启裂时裂尖发生偏转,表现出明显的取向效应;微裂纹以裂尖发射滑移位错以及裂尖上形成孪晶的方式进行扩展;受边界的影响,微裂纹扩展到一定阶段会在边界位错堆积处萌生子裂纹,且扩展机制与主裂纹类似;在两个裂纹尖端发射滑移位错的相互作用下,在主裂尖前端再次萌生子裂纹,最终主、子裂纹相连导致断裂;微裂纹扩展过程中的应力分布主要集中于裂尖和扩展过程中形成的孪晶面上,并且随着微裂纹的扩展,裂尖应力值随时间的增大而减小。     

TWIP钢拉伸变形过程中微观组织的原位观察

采用扫描电镜对TWIP钢的拉伸过程进行了原位观察,研究结果表明:在TWIP钢的拉伸过程中,具有孪晶界的晶粒内部首先发生变形,并产生一定程度的加工硬化;随后其余部分晶粒发生转变,形成对变形有利的取向,从而变形得到扩展,最终得到非常大的无颈缩延伸.拉伸过程中,微裂纹首先在夹杂物和晶界处萌生,并在应力集中的作用下发生扩展连接,最终完成断裂过程.TWIP钢在变形过程中产生了大量的应变条痕,其大部分为滑移线,小部分为形变孪晶.由于孪晶诱导塑性效应,孪晶晶粒发生扭折并形成了台阶状结构,从而导致了试样表面的"褶皱"现象.     

物理金相三级人员试题参考答案

二　问答题2 6.当疲劳裂纹扩展速率很低时 ,即ｄａｄＮ小于每周 10 - 5～ 10 - 4ｍｍ时 ,断口微观上常呈无特征的光面 ,或近似于静力断裂的特征。2 7.在蠕变过程中沿晶开裂有楔型 (Ｗ )和椭圆型 (Ｏ)断裂。通常 ,较低的试验温度和较高的应力以及较高的蠕变速率有利于楔型裂纹的形成 ;但当较高的温度和较低应力及应变时 ,晶界空穴将占优势 ,这时就形成椭圆形裂纹。2 8.这两种断裂都是由于环境介质侵蚀而引起的沿晶断裂。应力腐蚀的断口可呈脆性断口也可呈塑性断口。断裂方式有沿晶断裂和穿晶断裂两种 ,碳钢及低合金钢多半是沿晶断裂 ,而奥氏…     

Ti单晶及多晶与孪晶相关的疲劳裂纹萌生

研究了高纯Ｔｉ单晶在ＳＥＭ中循环变形及多晶在拉－压对称疲劳和反复弯曲疲劳时与孪晶相关的疲劳裂纹萌生，发现除孪晶界外，循环孪晶带内孪晶与孪晶的碰撞、孪晶内部沿特定面以及孪晶撞击晶界也诱发了疲劳裂纹。     

Al-2.56Li-1.29Cu合金拉伸断裂行为的扫描电镜观察

在备有拉伸装置的扫描电镜下,观察了 Al—2.56 Li—1.29Cu 合金拉伸变形及断裂过程。观察结果表明,在固溶淬火及190℃时效状态下,主要析出相为δ’相。随着时效时间的延长,拉伸断口逐渐由韧窝穿晶型向沿晶突脊型及沿晶韧窝型过渡。在固溶状态下,当拉伸应力超过届服强度以后,出现平直滑移带及交叉滑移带;拉伸裂纹在晶内滑移带及晶界处萌生,并主要沿滑移带扩展。欠时效状态下,δ’相的析出量增多,使共面滑移加剧,交叉滑移带难于形成;裂纹除沿晶界扩展外,也有少部分沿滑移带扩展。在达到峰时效以后,交叉滑移带消失;裂纹在三角晶界处萌生并沿晶界扩展。     

柱状多晶Mg-Gd-Y合金形变组织演变及形变硬化机制

利用定向凝固技术制备了生长取向集中于■、基面〈a〉滑移取向因子(Schmidfactor, SF)大于0.4的柱状多晶Mg-6.38Gd-0.45Y合金,并研究了实验合金室温拉伸形变行为。结果表明,形变初期,软取向柱状晶内首先启动■拉伸孪生协调应变。形变过程中■,拉伸孪晶界快速、大范围扩展,吞噬基体并使基体取向逐渐转为■,于是启动■压缩孪生和■双孪生协调应变。压缩孪晶和双孪晶易形成压缩孪晶带群,并贯穿整个晶粒,滑移或扩展的位错及拉伸孪晶界与压缩孪晶带群交织在一起,产生形变硬化,提高合金强度的同时也形成应力高度集中分布区域,成为微裂纹形成之地。     

GCr15轴承钢连铸坯断裂原因分析

采用化学成分分析、宏观和微观检验等方法对GCr15轴承钢连铸坯在步进式加热炉内加热过程中发生断裂的原因进行了分析。结果表明：断坯中存在较多沿奥氏体晶界分布的网状裂纹,晶界呈熔凝特征,晶界上有许多含硅、铝、铬和锰等的液滴状复合氧化物颗粒,断口附近的沿晶裂纹周围氧化脱碳严重,局部有粗大魏氏组织。这些特征表明加热炉局部存在温度过高现象,进而导致坯料晶界弱化,并且在坯料和步进梁构成的悬臂拉力作用下最终造成沿晶断裂。     

Annealing twin boundary cracking in the low-temperature brittle fracture of a high-nitrogen bearing austenitic steel

Crack propagation paths in the low temperature brittle fracture of 18Cr-18Mn-0.7N austenitic steel were investigated by means of scanning electron microscopy. Corresponding relationships of the fracture facets with microstructures were established by the simultaneous observation of the fracture surface and the microstructure of the adjacent side surface. It was shown that the annealing twin boundary cracking occurred during fracture. A great deal of twins formed during solution treatment of the steel, with steps several microns high on the twin boundaries, and a considerable amount of planar deformation structures developed on {111} planes in the fracture process. The fracture facets of the annealing twin boundary are fairly flat and smooth, with bent steps of micron-scale height, and a pattern of three sets of parallel straight-lines intersecting at 60°. But there is no river pattern on the facets. The bent steps result from partial propagation of crack along steps that are developed on annealing twin boundaries during solution treatment, while the line-pattern is the intersection traces of the planar deformation structures with the fracture facet. It is believed that the annealing twin boundary cracking is attributed to the stress concentration arising at the intersection of planar deformation structures and the annealing twin boundaries.     

SiCp/Al复合材料超塑性变形的断口特征

对SiCp/2024Al复合材料在不同温度下超塑性变形后的断口形貌进行了分析，结果表明，变形温度愈高，晶界结合强度愈低，沿晶断裂愈明显，晶界滑动愈易实现；超塑性变形需要强度适中的晶界结合；典型超塑变形条件下的断口呈晶界圆滑型沿晶断裂。     

ANALYSIS OF CAST STEEL FRACTURE MECHANISMS FOR DIFFERENT STATES OF STRESS

The process of fracture in a low-carbon cast steel was studied for different states of stress. As a result of heat treatment, two different microstructures have been obtained: ferritic-pearlitic and bainitic. The triaxial states of stress were realised by tensile tests on specimens with various notch configurations and on smooth specimens subjected to different hydrostatic pressures.
During tensile tests carried out under triaxial stress states, the following quantities at fracture were determined: the effective strain, effective stress, stress state components, mean stress and stress triaxiality factor. Fractography of the specimens was carried out to observe the fracture mechanisms and relate them to the state of stress. The fracture mechanism depended on the state of stress and microstructure. With a decreasing stress triaxiality factor, the failure mechanism changed from ductile to shear. The fracture mechanism changed across the diameter of the sample and also depended on the microstructure. The small, smooth samples fractured at a higher stress than the larger samples. Ductile fracture in the ferritic-pearlitic microstructure was controlled by cracking of the matrix–precipitate boundary. Samples with the bainitic microstructure fractured by shear, and fracture depended mainly on the effective stress, although void growth (which is controlled by stress triaxiality) reduced the critical effective stress at positive values of mean stress.     

弹簧断裂原因分析

弹簧在弹栓试验时发生断裂。采用化学成分分析、金相检验和扫描电镜分析等手段,对断裂弹簧进行了分析。结果表明,弹簧在去氢时未严格按工艺要求执行,致使大量的氢残留并呈弥散分布形态,进而形成沿晶裂纹。在外力作用下,导致沿晶脆性断裂。     

地角螺栓断裂失效分析

应用扫描电镜、光学显微镜和化学分析等检测手段，对地角螺栓断裂原因进行了探讨。结果表明，由于材质40Cr钢调质处理不当，致使钢的显微组织中存在有沿晶界呈网状分布的铁素体相，晶界严重弱化，造成地角螺栓在拧紧时从应力集中的栓杆与螺帽圆角处沿晶脆断。     

乙二醇不锈钢蒸发器开裂原因分析

采用金相分析、断口微观分析以及腐蚀产物能谱分析等方法，对某石化公司乙二醇不锈钢蒸发器开裂原因进行了分析和研究。结果表明，由于材料在焊接过程中，焊接热影响区的组织受到敏化，铬的碳化物沿晶界呈网状析出，造成该区域贫铬，从而在应力与腐蚀介质的共同作用下，导致设备发生了晶问应力腐蚀开裂。     

水表连接黄铜螺母断裂分析

居民住宅内与水表连接的黄铜螺母发生断裂,造成管路泄漏.采用宏、微观检验方法对失效螺母进行了分析.结果表明,黄铜材料中含有较多的铅,使金属基体脆化并在晶界上存在脆性共晶体网膜,加上金属中还存在孔洞、缩松等铸造缺陷,是造成螺母断裂的主要原因.     

Al—Li合金的晶界断裂

本文研究了两种晶粒组织的二元 Al-Li 合金拉伸性能与断裂行为。结果表明 Al-Li 合金力学性能与晶粒尺寸有关,其断裂行为决定于 PFZ 内平面滑移或晶界沉淀相与滑移的交互作用。     

主轴断裂分析

采用金相分析、断口分析和硬度分析方法,对主轴断裂原因进行了分析。结果表明,晶粒粗大和晶界存在网状析出物,引起材料脆化,是导致主轴断裂的主要原因。     

高强度渗碳钢制构件的断裂分析

利用化学分析、金相检验、扫描电镜以及电子探针微区分析等方法对高强度20CrNiMo渗碳钢制矿岩牙轮钻头和汽车发动机活塞销的断裂原因进行了分析。结果表明，两构件的断裂是由于锻轧温度过高，引起硫化物在晶界上的再析出所造成的。指出了要重视这类渗碳钢的缺口敏感性及对钢中非金属夹杂物的检验方法。