AN INVESTIGATION OF THE CRACK-TIP STRESS AND STRAIN

本工作应用Fry试剂及显微硬度法研究了裂纹顶端地区的应力、应变,结果证明:随着试样总体应变的增长(弯曲角的增加),裂纹顶端的应力也在增长,增长的规律遵循我们在线性硬化律■=β+γ■下所推导的关系: J=G+[(β/3~(1/2)+1/2(σ_(YY))_A)]δ_p直到临界点时 J_c=G_c+(β/3~(1/2)+1/2σ_F)δ_(p,c)证实在临界点(σ_(YY))_A=σ_F     

切口断裂韧性与裂纹断裂韧性之间关系的探讨

由裂纹顶端应变开裂判据ε_(max)=ε_c可知,裂纹体、切口体和光滑体的开裂判据应是一致的,故三种试样所测得的断裂韧性之间必有内在联系,本文通过对广义缺口顶端应变场的理论分析和实验研究,运用松弛滑移的概念,得到裂纹和切口张开位移δ之表达式。同时,在探讨裂纹当量曲率半径ρ_f物理本质的基础上,得到ρ_f与材料中的夹杂物或第二相质点的平均间距λ大致相等的经验关系。从而得到切口断裂韧性与裂纹断裂韧性之间的换算关系:((δ_c)_f)/(δ_c)_n=((δ_(pc))_f)/((δ_(pc))_n)=((δ_(ec)~*)_f)/((δ_(ec)~*)_n)=(ρ_f/ρ_n)~(1/2)=(λ/ρ_n)~(1/2)并通过实验进行了初步验证.     

MECHANISM OF HYDROGEN FACILICATED CLEAVAGE IN TITANUM ALUMINIDE

Both hydrogen induced cracking and overload crack initiated at same characteristic distance,r~*,within the plastic zone along the slip line when the plastic zone developed to a critical ex-tent.For the overload crack.K_(IC)=αr~*~(1/2)[σ_F~((n+1)/2n)/σ_(ys)~((1-n)/2n)],σ_F=σ_0+g[2μbσ_(th)/π~2L(1-v)]~(1/2)For the hydrogen induced cracking:K_(IH)=αr~*~(1/2)[σ_F(H)~((n+1)/2n)/σ_(ys)(H)~((1-n)/2n)],σ_F(H)={σ_0(H)+g[2μbσ_(th)(H)/π~2L(1-v)]~(1/2)}/kHydrogen pomoting the dislocation multiplication and motion would result in σ_0(H)<σ_0,k>1,Therefore,hydrogen promoting the cleavage fracture in titanum aluminide can be dueto that hydrogen facilitates the local plastic deformation,which results in σ_F(H)<σ_F and thenK_(IH)相似文献   

论J积分和裂纹顶端张开位移间的关系

一、引言J积分和裂纹顶端张开位移δ往弹塑性断裂力学里居很重要的地位。人们假定J=J_c或δ=δ_c是裂纹开始扩展的判据,并试图在J_c与δ_c间互相换算。因此,研究J与δ之间的关系是个有价值的课题。目前,常被引用的关系呈J=βσ_yδ(1)的形式。例如:应用无硬化的塑性区窄条模型得到β=1。J=σ_yδ经常被用来做计算。但是,无硬化不符合金属的实际。我们的实验数据表明即使对于σ_(0.2)≈100公斤/毫米~2级高韧性钢(J_(Ⅰc)≈12公斤/毫米)J=σ_yδ所给出的δ已经偏大,对于中、低强度钢     

STRAIN FIELD OF HYDROGEN ATOMS IN IRON

计算了有应力和无应力状态下产生非球对称应变的氢原于的化学位之差,μ_σ-μ_0=-VΣσ_iε_(ii)~′,其中U就是氢应变场和外应力场的互作用能.对纯剪应力τ,则U=-0.55133Vτ(ε_(11)-ε_(22)),因而当氢在α-Fe中引起四方畸变时,它和剪应力就有互作用,从而可导致氢在45°面上富集,这就可解释充氢的无裂纹扭转试样以及III型裂纹试样能沿45°面产生氢致滞后断裂的实验事实.当非球对称应变的氢择优分布时,在拉伸和压缩条件下的氢浓度公式并不相同,分别为C_t=C_0exp[(0.70089ε_(11)+0.29911ε_(22))Vo/RT],C_0exp[(0.14956ε_(11)+0.85044ε_(22))Vσ/RT].因此,根据氢渗透实验所获得的C_t/C_0和C_p/C_0,就可定出ε_(11)/ε_(22).例如,用Bockris的数据可得ε_(11)/ε_(22)=1.27.这表明氢在α-Fe中的应变是非球对称的.     

韧带全面屈服之后的裂纹顶端断裂应力

本工作在-100℃—室温的温度范围内验证了最大切应力断裂判据对于延性断裂是适用的。利用此判据和裂纹顶端临界断裂应力(σ_(yy))_c与温度基本无关的期律可以定性地解释J_c和δ_(p,c)对温度的关系。试验还表明平均断裂强度基本上与试样几何和缺口顶端曲率半径无关。     

CRACK-TIP FRACTURE STRESS UNDER GENERAL YIELDING OF LIGAMENT

本工作在-100℃—室温的温度范围内验证了最大切应力断裂判据对于延性断裂是适用的。利用此判据和裂纹顶端临界断裂应力(σ_(yy))_c与温度基本无关的期律可以定性地解释J_c和δ_(p,c)对温度的关系。试验还表明平均断裂强度基本上与试样几何和缺口顶端曲率半径无关。     

力学因素对Welten60管线钢应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率实验,低频小振幅加载实验,研究了力学因素的变化对Welten 60钢在80℃的0.5mol/L Na_2CO_3和1mol/L NaHCO_3溶液介质中的应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。实验结果表明:Welten 60钢在该溶液中为沿晶型的SCC;用小锥度拉伸试样获得的应力腐蚀开裂门槛值σ_(th)与应变速率ε和加载频率f有关,σ_(th)随ε和f的减小而降低;用板状单边缺口试样测得的SCC裂纹扩展速率(平台期)da/dt约为3.5×10~(-6)mm/s,应力腐蚀开裂临界应力强度因子K_(ISCC)约为32MPam~(1/2)。     

微桥法基体裂纹的线性模型及薄膜断裂应变测试

薄膜断裂韧性测试方法的有效性取决于薄膜断裂应力和应变的精确测量。采用高分辨扫描电镜对微桥法单晶硅片基体紧凑拉伸测试样品在测试过程中的基体裂纹张开量进行考察,发现基体裂纹尾部张开量(δ_(s1))在9～35μm的范围内,与止裂孔边缘基体裂纹张开量(δ_(s2))存在良好的线性关系。该试验结果表明存在一个位置恒定不变的虚拟裂纹尖端,使得基体裂纹张开量遵循线性关系。基于该基体裂纹张开量的线性模型,可通过基体裂纹尾部张开量δ_(s1)的测量来间接获得薄膜的拉伸应变,进而计算薄膜在单轴拉伸和弯矩作用下的断裂韧性。对CuZr非晶合金薄膜的标准化测试结果表明,薄膜断裂韧性KIC在1.08～1.70 MPa·m~(1/2)的范围内变化,且与薄膜预制裂纹长度a/W存在一定的相关性,可能与非晶合金薄膜的应变软化机制有关。     

MARTENSITIC SUBSTRUCTURE AND TRANSFORMATION CRACKING IN HIGH CARBON STEEL

本文从马氏体相变的K-S模型出发,求得了片状马氏体内外的相变应力场,确定了片内的塑性应变和真实应力、解释了亚结构的形成,随之导出了马氏体的屈服切变强度τs与亚结构n/N之间的函数关系 τ_S=G/A'[1/2(ε_(11)~*-ε_(22)~*+(2+β_0~2)~(1/2)(cos43.5°/U+cos34.5°sin9°/V)) 由求得的应力和应力强度因子,说明淬火开裂是完全可能的。     

Ti3Al型金属间化合物中氢促进解理断裂的机理

对解理开裂,对氢致解理,氢能促进位错的增殖和运动,从而σ_0(H)<σ_0,k>1,即σ_F(H)<σ_F,K_(IH)相似文献   

氢在铁中的应变场

计算了有应力和无应力状态下产生非球对称应变的氢原于的化学位之差,μ_σ-μ_0=-VΣσ_iε_(ii)~′,其中U就是氢应变场和外应力场的互作用能.对纯剪应力τ,则U=-0.55133Vτ(ε_(11)-ε_(22)),因而当氢在α-Fe中引起四方畸变时,它和剪应力就有互作用,从而可导致氢在45°面上富集,这就可解释充氢的无裂纹扭转试样以及III型裂纹试样能沿45°面产生氢致滞后断裂的实验事实.当非球对称应变的氢择优分布时,在拉伸和压缩条件下的氢浓度公式并不相同,分别为C_t=C_0exp[(0.70089ε_(11) 0.29911ε_(22))Vo/RT],C_0exp[(0.14956ε_(11) 0.85044ε_(22))Vσ/RT].因此,根据氢渗透实验所获得的C_t/C_0和C_p/C_0,就可定出ε_(11)/ε_(22).例如,用Bockris的数据可得ε_(11)/ε_(22)=1.27.这表明氢在α-Fe中的应变是非球对称的.     

STRENGTHENING OF THE Fe-0.04Nb-0.02C ALLOY

Fe-0.04Nb-0.02C合金经1175—900℃轧制并随即在600℃等温处理后,获得直径为7—22微米等轴细晶粒的α-Fe。在α-Fe中保留相当数量的三维和二维位错网络,并沉淀析出细小的NbC粒子。通过细化晶粒,NbC第二相粒子和位错亚结构的综合强化,合金下屈服强度可提高到35—38公斤/毫米~2。下屈服强度σ_(1y)与晶粒的平均直径d之间的关系符合Hall-Petch公式: σ_(1y)=σ_i+k_yd~(-(1/2)) 其中k_y=2.2公斤/毫米~(3/2);对于600℃等温30秒,40分及3小时者,σ_i分别为21.5,13.5及13.5公斤/毫米~2。理论计算结果表明,σ_i值是NbC第二相粒子弥散强化,位错亚结构强化和点阵阻力对屈服强度贡献σ_p,σ_d和σ_1的叠加,即 σ_i=σ_p+σ_d+σ_1 合金的位错密度随拉伸变形程度的增高而增加。平均位错密度ρ与对应的流变应力值σ_f的关系可表达成下式 σ_f=σ_0+αGbρ~(1/2) 其中α=0.37;σ_0是除位错交互作用外其他因素对流变应力的贡献,对于600℃等温30秒,40分和3小时者,σ_0分别为34,30及30公斤/毫米~2。 在α-Fe中沉淀析出的NbC粒子周围观察到“沉淀生长”位错圈,对其形成机理进行了分析,它们的强化作用尚需进一步探明。     

Fe-0.04Nb-0.02C合金的强化

Fe-0.04Nb-0.02C合金经1175—900℃轧制并随即在600℃等温处理后,获得直径为7—22微米等轴细晶粒的α-Fe。在α-Fe中保留相当数量的三维和二维位错网络,并沉淀析出细小的NbC粒子。通过细化晶粒,NbC第二相粒子和位错亚结构的综合强化,合金下屈服强度可提高到35—38公斤/毫米~2。下屈服强度σ_(1y)与晶粒的平均直径d之间的关系符合Hall-Petch公式: σ_(1y)=σ_i+k_yd~(-(1/2)) 其中k_y=2.2公斤/毫米~(3/2);对于600℃等温30秒,40分及3小时者,σ_i分别为21.5,13.5及13.5公斤/毫米~2。理论计算结果表明,σ_i值是NbC第二相粒子弥散强化,位错亚结构强化和点阵阻力对屈服强度贡献σ_p,σ_d和σ_1的叠加,即σ_i=σ_p+σ_d+σ_1 合金的位错密度随拉伸变形程度的增高而增加。平均位错密度ρ与对应的流变应力值σ_f的关系可表达成下式σ_f=σ_0+αGbρ~(1/2) 其中α=0.37;σ_0是除位错交互作用外其他因素对流变应力的贡献,对于600℃等温30秒,40分和3小时者,σ_0分别为34,30及30公斤/毫米~2。在α-Fe中沉淀析出的NbC粒子周围观察到“沉淀生长”位错圈,对其形成机理进行了分析,它们的强化作用尚需进一步探明。     

TiAl的脆断行为及其组织和氢化物产生的影响

研究了TiAl金属间化合物的组织结构和氢化物含量对屈服强度σ_(ys),解理断裂强度σ_F以及断裂韧性K_(Ic)的影响.结果表明,对单相γ,随等轴晶粒尺寸降低,σ_(ys)和σ_F略有升高,如出现层状结构(α+γ2两相),则σ_(ys),σ_F和K_(Ic)明显上升,氢化物使σ_(ys)上升但使K_(Ic)下降,层状结构的氢脆敏感性要比等轴γ的小. 合金中解理裂纹形核的阻力随着裂纹的扩展而不断增大,呈现稳态扩展,跟踪裂纹的形核和扩展,发现当裂尖塑性区及其变形量发展到临界值后,解理裂纹在塑性区中沿滑移带形核。     

用单插销应力松弛试验评定几种低合金钢再热裂纹倾向

用等温松弛试验评定材料再热裂纹倾向时,如果用Murray 公式σ_0=0.8σsE_T/E_(RT)选取初始应力时,试样有先行屈服导致试验失败的现象。本文对几种低合金高强钢进行反复试验,得出适宜的选取初始应力的表达式为:σ_0/σ_S=1.37-0.0016T。该式基本满足不同温度下的应力松弛具有相同初始应变的要求,亦能获得断裂时间“C”曲线。文中还提出了评定材料再热裂纹倾向的蠕变塑性指标(σ_0-σ_r),以及表征材料在应力松弛时吸收弹性能大小的(σ_0~2-σ_r~2),所得结果似能更真实地反映再热裂纹倾向.国内外对焊接再热裂纹的研究已有了大量的文献报道.自J.D.Murray 提出等温松弛试验施加初始应力计算公式以来,许多研究工作者在试验中都沿用这一公式,但试验中所用初始应力的具体数值却不尽相同,或未见细载,亦有试样先行屈服而使试验失败的情况。本文采用单插销应力松弛试验法,对几种低合金钢的再热裂纹倾向进行评定,探索施加初始载荷的规律,并寻求该试验方法能反映材料再热裂纹倾向的蠕变塑性指标。     

一种新型Al-Cu-Li合金性能

设计一种新型Al-Cu-Li-Mg-Ag合金,研究热处理制度对新合金拉伸性能及裂纹扩展性能的影响,利用光学显微镜、透射电镜和扫描电镜等手段研究合金微观组织及断口形貌。结果表明:该新型铝锂合金经过540℃固溶1 h,(12%+RT/120 h+145℃/20 h)双级时效热处理后获得良好的综合性能:抗拉强度σ_b=443 MPa,屈服强度σ_(0.2)=397 MPa,延伸率δ=16.5%,裂纹扩展速率da/dn≈1.34×10~(-3) mm/cycle(△K=30 MPa·m~(1/2))。双级时效态下析出大量细小均匀的T_1相,在保证合金强度的同时,提高合金的抗疲劳裂纹扩展性能。T_8态下析出相对粗大的T_1相,θ′相和极少量的S′相,合金强度达到项目要求,抗疲劳裂纹扩展性能较差。T_3态下析出相数量少,合金强度不满足项目指标。     

选择短时蠕变极限的β系数法

求合金的蠕变极限的关键是选择应力。实际工作中采用尝试法选择应力。这种方怯不但有盲目性,而且所选应力也不够准确。我们根据实践提出用β系数法来选择短时蠕变极限。这种方法根据β系数可有目的地选择应力,并可由实验直接得至δ_塑=0.2％的结果。一、β系数法的提出典型蠕变曲线示于图1。如图1所示δ_塑=δ_0+δ_I+δ_II+δ_III (1)式中δ-瞬时变形产生的塑性应变     

钻削加工应变对盲孔法测定焊接残余应力的影响

不同受力状态下测定钻削加工应变的结果表明,钻削加工应变与被测工作的应力状态有关:在σ≥70N/mm~2时,钻削加工应变随拉应力增大而增大;在|σ|<σ_s/3~(1/2)时,钻削加工应变不随压应力变化,接近σ_s/3~(1/2)急剧减小为零。根据A3和16Mn 的试验结果,找到了比较合理的扣除钻削加工应变的方法,从而大大提高了焊接残余应力的测试精度。     

20Cr11MoVNbNB钢的蠕变性能与组织的关系

研究了20Cr11MoVNbNB钢550—650℃的蠕变性能及组织的变化,发现在550℃,蠕变应力>180MPa时,过渡蠕变应变和蠕变时间的ε_β-ι~(1/3)关系中,呈现前期斜率β_1大于后期β_2的两段线性关系;550℃稳态蠕变速率可用■=Aσ~nexp(-Q_c/RT)来表示,其中n=4.7,Aexp(-Q_c/RT)=5.37×10_(-16);550—650℃的表观蠕变激活能Q_c=430kJ/mol,其值远大于基体Fe原子的自扩散激活能;发现在蠕变过程中,随蠕变应力和蠕变时间增加,沉淀相的总量和其中的Cr,Mo,V含量增加,Fe和Nb含量则下降。