钛铝合金板材压印成形及接头力学性能实验研究

对钛合金(TA1)和铝合金(Al5052)板材组合进行压印连接的可行性进行了研究,发现压印连接可以有效地实现TA1-TA1组合和Al5052-TA1组合的连接。对所获得的接头进行准静态力学性能测试,并运用扫描电子显微镜对接头拉伸断口进行微观分析。结果表明,压印连接时,钛合金和铝合金的组合能够获得成形性较好的压印接头,TA1-TA1接头的最大载荷和失效位移较Al5052-TA1接头提高了303.8%和49.4%,这两种接头静态失效形式相似,为上板颈部材料首先被破坏,产生裂纹,之后裂纹沿周向逐渐扩展,最终导致整个压印接头断裂。由微观断口可以判断TAl-TA1接头断口处呈现准解理和韧窝形貌,即同时具有韧性断裂和脆性断裂的特征;Al5052-TA1接头断口处呈现直径和深度较大的拉长韧窝,即为韧性断裂。     

钛合金压印接头疲劳性能与微观分析

压印连接是近年来新兴的连接方式,因其具有简单高效、低耗环保等优点,在连接应用方面越来越受到重视,而疲劳破坏是机械零件失效的主要形式。对钛合金压印接头的疲劳性能进行了实验研究,与母材的力学性能进行了对比分析,并对疲劳失效断口进行了断口分析和能谱分析。实验结果显示钛合金压印接头的平均拉伸-剪切强度约为同等尺寸材料拉伸-剪切强度的36.7%;钛合金压印接头的疲劳极限约为材料疲劳极限的46%,平均载荷约为接头最大静强度的42%。微观特征显示断口呈脆性疲劳断裂特征,由于微动磨损和氧化作用产生了成分为氧化钛的微动磨屑,且其硬度较高,因此在微动过程中起到磨粒的作用,从而加速了磨损和裂纹扩展,最终导致疲劳失效。     

失效分析技术及应用 第八讲 疲劳断裂失效显微形貌分析

疲劳断裂失效的显微形貌最突出的特征是疲劳辉纹条纹和轮胎压痕花样,这两个特征常常作为疲劳断裂失效或疲劳断口的显微判据,即在未知断口上如果能够观察到这两种特征之一就可以判断未知断裂或断口为疲劳断裂或疲劳断口。另外,疲劳断裂失效断口还具有解理或准解理、韧窝花样、蛇行滑移花样、二次裂纹等显微形貌特征。     

汽车高强钢SG1000激光复合焊接力学性能研究

目的 针对汽车高强钢SG1000焊接接头恶化等问题,研究了SG1000激光复合焊接的力学性能。方法 选用等强匹配焊丝MG90-G对高强钢SG1000进行激光复合焊接,对焊接接头进行拉伸和低温冲击韧性试验,并结合扫描和硬度监测等手段对焊缝组织和断口形貌进行分析。结果 由于激光的预热作用,高强钢SG1000激光复合焊接成形件的焊缝美观,焊接过程稳定可靠,焊接熔池深度较大,有效改善了传统焊接的咬边、飞溅、气孔等缺陷。焊缝组织主要由板条马氏体和奥氏体晶粒组成,热影响区的过热区内部板条马氏体和奥氏体晶粒比较粗大,而焊接母材主要为细小的板条马氏体和奥氏体晶粒。焊接拉伸断口主要为细小且较浅的韧窝,且韧窝底部存在第二相粒子及夹杂物,焊接拉伸断口断裂于热影响区且微观形貌为韧性断裂;冲击微观形貌主要由准解理小平面及河流花样组成,且存在一定数量大小不一的韧窝交错分布,焊接冲击断口断裂于热影响区且微观形貌也为韧性断裂。结论 焊缝热影响区的晶粒比非热影响区的晶粒粗大,拉伸和冲击断裂均发生于热影响区;随着激光功率的增大,复合焊接接头的力学性能呈现逐渐增强的趋势;随着焊接速度的增大,复合焊接接头的力学性能呈现先增强后削弱的趋势。高强钢SG1000激光复合焊接最佳工艺参数如下:激光功率为9.5 kW,焊接速度为0.8 m/min,对应屈服强度为1 072 MPa,抗拉强度为1 175 MPa,断裂伸长率为13.5%,冲击断裂吸收的能量为30.8 J、焊缝中心显微硬度为342 HV。     

温度对退火态6.5%Si-Fe热轧合金塑性的影响

本文研究了退火态 6 .5 %Si Fe热轧合金在不同温度下拉伸时的力学性能 ,并观察了拉伸断口形貌及退火态 6 .5 %Si Fe热轧合金的金相组织。结果表明 ,经 75 0℃保温 140min后 ,6 .5 %Si Fe热轧合金的层状组织消除 ;其断裂模式随拉伸温度的升高迅速由解理断裂向韧性断裂转变 ;在 2 0 0℃拉伸时 ,为纯解理断口 ,此时该合金即具有高达 2 6 %的延伸率 ;但是在 2 0 0℃ - 40 0℃温区 ,延伸率未随温度的升高而显著增大 ,其断口形貌为解理 +韧窝的混合断口 ;在 5 0 0℃拉伸时 ,为纯韧窝断口 ,其延伸率可达 43 %     

铝锂合金T型自冲铆接头疲劳特性及失效机理

为研究T型自冲铆接头的疲劳特性,以铝锂合金(AL1420)同种及其与铜合金(H62)和不锈钢(410)异种组合制备的AA、HA和SA三组T型自冲铆接头为研究对象,基于其静力学试验采用正弦波进行拉-拉加载疲劳试验,用二参数威布尔分布对所得疲劳数据的有效性进行验证,采用最小二乘拟合直线得到拟合的F-N曲线,并采用SEM扫描电镜对各组典型疲劳失效断口进行微观分析。结果表明:SA组疲劳寿命对载荷变化最敏感,并且疲劳寿命随相对滑移量的增加而减小;由三组T型接头失效形式可看出接头薄弱环节有由铆钉向板材转移的趋势;从微观分析疲劳断口可知裂纹萌生区多为形貌特征较为平坦的准解理,裂纹瞬断区形貌更加突出,多为沿晶断裂或韧窝形貌。     

粘接剂对1420铝锂合金压印接头疲劳性能的影响

压印连接以高效率、低能耗的优点在薄板材料连接中被广泛应用,但其连接强度相对较低,鉴于此,压印-粘接复合连接应运而生。本文以1420铝锂合金为原材料,制备了1420同种材料组合的压印接头及压印-粘接复合接头并进行对比。通过拉-剪静态力学试验测定两种接头的静力学强度及承载能力,通过拉-拉动态疲劳试验测定两种接头的动态疲劳性能,采用三参数法拟合疲劳寿命曲线,并对疲劳失效断口进行分析。结果表明:压-粘接头的静强度比压印接头提高了108.17%,接头承载能力提高169.63%。在短寿命区,两种接头均为颈部断裂失效;在中长疲劳寿命区,压-粘接头的疲劳寿命优于压印接头,压-粘接头疲劳断裂位置为压印点,压印接头疲劳断裂位置为下板。对疲劳断口进行SEM分析,发现两组疲劳断口均呈现韧性断裂与脆性断裂同时出现的特征。     

取向电工钢的低温拉伸变形和断裂行为

测量了普通取向电工钢室温至300℃的拉仲性能并观察了拉伸断口形貌.对比分析和定量计算表明,随着拉伸温度的升高P原子在晶界偏聚的程度逐渐降低,使得断口形貌的沿晶特征减弱、解理特征增强.拉伸温度超过100℃以后沿晶断裂特征消失,基体的屈服强度逐渐低于解理强度,使得断口形貌解理特征减弱、韧窝特征增强,至190℃转变成完全的韧窝断口.在100℃-160℃范围内拉伸变形时位错滑移会拖曳柯垂尔气团随之迁移,造成了随温度升高延伸率下降,且屈服强度的降幅减缓.     

Ni47 Ti44 Nb9合金丝氩弧焊接头的显微组织和力学行为

系统研究了Ni47Ti44Nb9宽滞后记忆合金带氩弧焊点丝材的显微组织和力学行为.结果表明,焊后适当温度退火处理可显著改善焊点的显微组织,得到细小、均匀的等轴晶,从而提高了焊点的力学性能,室温下表现出较高的拉伸强度和延伸率.焊后未经退火处理的试样,室温拉伸断口均位于焊缝金属的熔合区内,微观断口存在明显的解理台阶,为典型脆性断裂.退火处理后,断口位于近焊缝处的热影响区内,是韧窝型断口,属塑性断裂.韧窝内镶嵌有(Ti,Nb)2Ni相,该相内部及其与基体交界处存在有明显的微裂纹.带焊点丝材经退火处理后在---60℃下变形,最大弯曲可恢复应变约为5%,表明焊点处仍具有一定的记忆效应.     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸行为研究

目的 研究5083铝合金搅拌摩擦焊接（FSW）的组织、力学性能和拉伸应变,分析接头的拉伸行为。方法 采用数码相机、光学显微镜、电子扫描显微镜等表征分析方法,对焊缝的表面宏观成形、微观组织、断口形貌进行分析;利用拉伸机、三维数字动态散斑应变测量分析系统和显微维氏硬度计对接头的力学性能和拉伸应变进行测试。结果 不同焊接工艺参数下FSW接头的最低抗拉强度为305 MPa,断后延伸率达到了14%以上;焊核区拉伸应变沿板厚方向呈现上高下低和上宽下窄的不均匀梯度分布,发生了较大程度的变形强化,直到拉伸应力达到抗拉强度。断裂失效前300/120接头的最大拉伸应变在晶粒粗大的母材区,500/120和500/200接头的最大拉伸应变则位于晶粒尺寸差异较大的后退侧焊核区与热力影响区交界处。接头拉伸断口宏观上均为45°剪切韧性断裂,微观上均以韧窝韧性断裂为主,而高热输入500/120接头出现脆性断裂特征,其延伸率明显降低。结论 高热力耦合输入使铝合金FSW接头薄弱区发生转变,强韧性降低。     

Infrared brazing of high-strength titanium alloys by Ti–15Cu–15Ni and Ti–15Cu–25Ni filler foils

Microstructures and fracture behaviors of infrared heated, vacuum brazed Ti–6Al–4V and Ti-15-3 alloys using two Ti–Cu–Ni braze fillers have been characterized to establish the effects of brazing process parameter and chemical composition on the strength of brazed joints. The brazed joint initially contains two prominent phases; a Ti alloy matrix alloyed with V, Cr, Ni, Cu and Al and a Cu–Ni-rich Ti phase. Brazing temperature and soak time control the amount of Cu–Ni-rich Ti phase in the brazed joints. The fracture mode changes from brittle cleavage to quasi-cleavage to ductile dimple as the amount of Cu–Ni-rich Ti phase is reduced in the brazed joint. Both brazing temperature and soak time are critical to eliminate the Cu–Ni-rich Ti phase for optimal shear strength and ductile fracture of brazed joints. A post-brazing annealing at lower temperature is also shown to be an effective way to homogenize the microstructure of brazed joint for improved joint strength.     

Metallurgical and mechanical characterization of mild steel-mild steel joint formed by microwave hybrid heating process

In this paper, mild steel–mild steel (MS-MS) joints fabricated through microwave hybrid heating (MHH) have been characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), electron probe micro analyser (EPMA), Vicker’s microhardness measurement and tensile strength. The XRD spectrum of the developed joints shows substitution type of solid solution form in the joint zone. The back scattered electron (BSE) images of the joint obtained by SEM show complete melting of powder particle and consequently diffusion bonding takes place between the substrate and the powder particle. The electron probe micro analysis shows diffusion of element across the joint. The Vicker’s micro hardness of the joints was measured to be 420 ± 30 Hv, which is higher than that of substrate hardness 230 ± 10 Hv. The tensile strength of the sample was measured by an universal testing machine and found to be 240 MPa which is about 50% of base material strength. The SEM micrographs of the fractured sample indicate mixed modes of failure during fracture of the joint; both ductile and brittle modes of failures occurred as indicated by dimple and cleavage of the brittle faces, respectively.     

Zur Zähigkeit von Vergütungsstählen

On Toughness of Quenched and Tempered Steels Toughness as consumed fracture energy is dependent on fracture mechanism. Grain size and loading conditions influence the transition from ductile dimple fracture to brittle cleavage fracture. In quenched and tempered steels packet size and particle distribution are of importance as well as brittle intergranular fracture modes by grain boundary segregation of impurities in ferrite (temper embrittlement) or precipitates in austenite. Anisotropy of toughness arises from banded structures.     

Tungsten Inert Gas Welding–Brazing of AZ31B Magnesium Alloy to TC4 Titanium Alloy

Tungsten inert gas(TIG) welding-brazing technology using Mg-based filler was developed to join AZ31 B Mg alloy to TC4 Ti alloy in a lap configuration.The results indicate that robust joints can be obtained with welding current in the range of 60-70 A.The joint interface was found to be likely composed of Mg-Ti diffusion reaction layer accompanied with Mg_(17)Al_(12) precipitate phase,indicating that metallurgical joining was achieved.The optimized joint with average tensile-shear strength of 190 N/mm~2 was obtained and fracture occurred at the Ti/fusion zone interfacial layer during tensile test.Moreover,the fracture surface was characterized by equiaxed dimple patterns accompanied with a few lamellar tearing.Finally,finite element modeling(FEM) numerical simulation was developed to analyze the distribution characteristics of the temperature field of joints.     

X65管线钢焊接接头在模拟浅表海水环境中的应力腐蚀试验研究

在海水环境中,由于海水从海底管道外管焊缝浸入,导致外管焊接接头断裂。为了研究可能导致X65外管焊接接头断裂的因素,应用慢应变速率拉伸试验(SSRT),通过应力-应变曲线、扫描电镜(SEM)等手段分析了3个X65管线钢焊接接头在空气及模拟浅表海水环境中的应力腐蚀性能。结果表明:在空气中X65钢焊接接头试样的延长量最大,达5.6 mm,在模拟海水中试样的延长量均减小,其中2号试样延长量最小,仅3.6 mm,表明试样在浅表海水中塑性变形能力降低;模拟海水中3个试样的应力腐蚀敏感性指数均处于有应力腐蚀倾向的范围;在空气中试样的断裂为韧性断裂;在浅表海水环境中试样的断裂为韧性断裂与脆性断裂的混合断裂,有应力腐蚀开裂的趋势;海水中含有的大量Cl~-导致焊接接头的应力腐蚀敏感性升高,失效风险增加。     

钢骨高强混凝土边节点抗震性能试验研究

进行了5个低周期反复荷载下钢骨高强混凝土柱与钢筋高强混凝土梁边节点试验,分析了其破坏模式与受力性能,明确该类节点的滞回曲线特征,得到其延性系数和等效粘滞阻尼比系数,该类节点延性系数、等效阻尼比系数比钢筋高强混凝土节点大,与钢骨普通混凝土节点比较接近。通过试验,分析了钢骨、高强混凝土及箍筋等对节点的抗剪承载力的影响,建立了该类节点的抗剪承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

BT20钛合金激光焊接接头的断裂韧性研究

对BT20钛合金及其激光焊接接头的断裂韧性进行了研究.同时分析了合金及激光焊接接头的硬度分布及显微组织.断裂实验表明,除了一个焊接接头紧凑拉伸(CT)试样是脆性启裂外,其它CT试样均在裂纹延性启裂并缓慢扩展后,发生脆性失稳断裂.母材的断裂韧性明显高于焊接接头,轧制方向对母材断裂韧性的影响不明显.焊接热影响区的断裂韧性介于母材和焊缝金属之间.本研究采用的焊后热处理没有改善焊接接头的断裂韧性,还有进一步恶化的趋势.添加活性剂对焊缝金属的断裂韧性没有明显作用,但对延性裂纹扩展长度有所改善.