工业铸造A357铝合金SEM原位拉伸实验

通过场发射扫描电镜装载原位拉伸台,对不同凝固条件下工业铸造A357铝合金进行原位拉伸试验。结果表明,裂纹微裂纹首先萌生于组织中破裂的共晶硅处,近邻的微裂纹连接形成小裂纹;多处形成的小裂纹彼此连接并形成较长裂纹,沿共晶区深化和扩展,逐渐发展为主裂纹;当主裂纹遇到铝基体时,扩展受阻,裂纹发生钝化并在其前沿区域形成剪切带;剪切带深化并开裂,主裂纹沿着深化的剪切带穿过基体继续扩展,最终导致试样断裂。A357铝合金的断裂方式为兼具韧性断裂和解理断裂的混合断裂。反重力铸造有效地改善合金微观组织形态,提高了合金的力学性能。     

SEM原位观察BT20钛合金激光焊接头的断裂行为

采用单边缺口试样用扫描电镜原位观察了BT20钛合金激光焊接头焊缝的裂纹萌生与扩展特征。焊后态试样裂纹一经萌生随即失稳断裂。焊后热处理试样经历了较长的裂纹亚稳扩展阶段，在切应力与正应力共同作用下，微裂纹沿滑移带萌生；裂纹扩展过程中遇到滑移带时发生偏转；新的微裂纹在裂纹尖端的滑移带相交处萌生，并随后与主裂纹相连。焊后热处理可显著提高激光焊接头的韧塑性。     

ZL101铝合金低周疲劳行为研究

研究了ZL101-T6铝合金的拉压低周疲劳行为,并重点分析了疲劳裂纹在材料中萌生与扩展的过程。通过扫描电镜和金相显微镜的观察分析表明:共晶硅相的断裂是材料低周疲劳裂纹萌生的主要方式,硅颗粒断裂的数量随疲劳循环周次的增加而增加,应变幅值的增加加快了硅颗粒的断裂速率,使疲劳裂纹的萌生速率加快;疲劳裂纹在循环初期主要通过断裂硅颗粒的互相连接进行扩展,随疲劳裂纹的长大,裂纹可穿过铝基体连接形成主裂纹并导致材料破坏,穿晶断裂为最终断裂的主要特征。     

纳米SiC颗粒增强镁基复合材料的动态断裂行为研究

采用机械搅拌与高能超声处理相结合的分散法制备了纳米SiC颗粒增强AZ91D镁基复合材料(n-SiCp/AZ91D),利用动态SEM原位拉伸方法研究了纳米复合材料的断裂行为.结果表明:微裂纹主要在晶界上的β-Mg17Al12处萌生,并沿着晶界上的脆性相不断开裂和连接向前扩展,由于颗粒和界面的阻碍,裂纹扩展路径较长.AZ91D合金的裂纹也主要沿着晶界上的脆性相不断向前扩展,但裂纹扩展路径比较平坦,AZ91D合金在加载初期就萌生出大量的裂纹.     

钢结硬质合金热疲劳裂纹萌生扩展机理探讨

对GJW50钢结硬质合金进行了20℃-680℃的热循环试验,研究了该合金热疲劳裂纹萌生及扩展机理,重点研究裂纹在其宽度方向上的扩展机理。结果表明：经过一定次数的冷热循环后,与缺口边缘垂直方向萌生多条平行裂纹,其中在缺口尖端处与热循环方向平行的一条微裂纹发展成为主裂纹。裂纹在萌生过程中伴随着严重的氧化腐蚀,二者相互影响,氧化腐蚀促进裂纹的萌生。在主裂纹长大的过程中,与主裂纹平行方向和垂直方向同时萌生多条相互平行的微裂纹;这些微裂纹随着循环次数的增多而长大,最终与主裂纹相连相通,形成主裂纹在宽度方向上的扩展。     

焊接结构中疲劳裂纹形成位置与过程

研究了在交变载荷的作用下，16Mn钢焊缝中疲劳微裂纹萌生的位置及形成过程。通过透射电子显微镜及扫描电镜对疲劳后的试样进行观察及仔细分析，发现疲劳微裂纹萌生的位置主要在第二相粒子与基体的界面处、疲劳过程中形成的亚晶界处；有碳化物析出的晶界处。     

高铌TiAl合金在疲劳蠕变作用下的裂纹萌生及扩展

利用SEM原位观察技术研究了近片层Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金在750℃疲劳蠕变交互作用下的裂纹萌生及扩展行为,循环实验采用在最大拉应力保载的梯形波.结果表明,裂纹主要在片层团界面萌生,裂纹萌生方式包括蠕变空洞和疲劳微裂纹.片层团界面处的微裂纹先通过吞并蠕变空洞或在裂纹尖端应力集中作用下沿片层团界面进行扩展,然后相互连接长大;当裂纹扩展受到不同取向的片层团界面阻碍时,受阻的裂纹开始沿试样厚度方向扩展,且附近伴随出现垂直于载荷方向的微裂纹;最终受阻的裂纹相互连接直至合金断裂.将实验结果与该合金在相同条件下疲劳变形和蠕变变形的原位观察结果进行了比较.结合实验结果建立了高铌TiAl合金在疲劳蠕变交互作用下裂纹萌生及扩展示意模型.     

珠光体裂纹萌生与扩展的TEM原位观察

在透射电镜中进行动态拉伸原位观察珠光体裂纹萌生与扩展的微观过程。结果表明：珠光体裂纹萌生与扩展方式取决于珠光体层片和拉伸轴的位向关系。当珠光体层片平行于拉伸轴时，裂纹在渗碳体和铁素体中交替萌生，垂直于层片扩展；当珠光体层片垂直于拉伸轴时，裂纹在铁素体中萌生，平行于层片扩展；当珠光体层片与拉伸轴斜交时，裂纹通过渗碳体和铁素体交替断裂而扩展；裂纹也可以在珠光体团边界萌生和扩展。     

团聚颗粒对SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生和扩展行为影响的研究

基于复合材料真实微观结构,在颗粒与基体界面引入内聚力单元,建立了4种不同颗粒团聚分布的有限元模型(均匀分布、三处团聚、两处团聚和一处团聚),研究了颗粒团聚对SiC/AZ91D复合材料裂纹萌生和扩展机制的影响。结果表明:当裂纹萌芽时,应力在基体中分布很不均匀,最大应力值出现在颗粒群尖角处,颗粒团聚程度越严重,裂纹萌生最大应力值越大;当裂纹扩展时,颗粒团聚程度越严重,基体内最大应力值越大,裂纹扩展程度越高;当裂纹完全断裂时,随着颗粒团聚程度的加剧,颗粒应力最大值逐渐增加,而基体应力最大值变化不大。颗粒团聚加速裂纹萌生扩展过程,颗粒应均匀分布于基体中。复合材料裂纹萌生扩展机制是由于SiC颗粒群边界和尖角处应力集中严重,导致基体损伤,萌生微裂纹,微裂纹沿着切应力最大方向扩展汇集成主裂纹。     

TiB+La_2O_3/Ti基复合材料拉伸断裂的原位表征及其机理研究

以不同体积分数的Ti B+La_2O_3原位增强钛基复合材料为研究对象,在室温下对该材料进行SEM原位拉伸实验,通过对裂纹尖端的组织变化以及裂纹扩展路径的原位观察,分别研究了增强体对材料拉伸强度和拉伸断裂行为的影响。结果表明:增加增强体的体积分数可以提高增强体的承载作用并细化基体晶粒,从而提高颗粒增强Ti基复合材料的强度。材料的断裂行为表现为增强体断裂后微裂纹的萌生、扩展及其和滑移带的汇合。高含量的增强体可增加微裂纹的数量,使得其在萌生、扩展后更易与邻近微裂纹或滑移带相贯通,加快宏观裂纹的形成,从而导致了材料塑性的下降。     

GJW35钢结硬质合金热疲劳裂纹扩展的观察

观察了在热应力作用下 GJW35钢结硬质合金表面热疲劳裂纹扩展过程。结果表明 :萌生后的热疲劳裂纹优先在硬质相中扩展 ,遇到钢基体相后受阻、钝化。当裂纹在钢基体相中孕育时 ,另一裂纹已在该钢基体相区前沿的硬质相中形成。最后 ,在钢基体相中形成的裂纹以“搭桥”方式将其前后的裂纹连接起来。     

316L不锈钢在模拟人体液内腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展过程中应力的作用

探讨应力在316L不锈钢腐蚀疲劳过程中的作用。应力降低了不锈钢的点蚀电位,促进了腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展。初始疲劳裂纹在点蚀孔中的晶界上萌生,在应力的作用下,裂纹由沿晶变为穿晶扩展,并在断口上产生二次裂纹和疲劳辉纹。     

基于原位SEM的激光-MIG复合焊接7075-T6铝合金疲劳裂纹扩展行为

通过扫描电镜原位观察激光复合焊接头各区裂纹的扩展行为. 结果表明,焊缝各区组织的不同使得疲劳裂纹扩展行为发生明显改变,疲劳裂纹位于焊缝中心时,裂纹总体沿着垂直于载荷主轴的方向扩展;疲劳裂纹位于热影响区时,裂纹大致成"Z"字型路径进行扩展;疲劳裂纹在焊缝中心和热影响区扩展时都存在二次裂纹;疲劳裂纹在母材区扩展时,呈现出单一和典型的裂纹扩展模式. 此外,通过原位SEM观察获得不同循环周期下的裂纹扩展长度,进而推算得到7075-T6铝合金接头各区内疲劳裂纹扩展速率的Paris公式.     

SiC／C层状陶瓷的断裂行为研究

利用流延法成膜和热压烧结工艺制备出了SiC层和石墨层交替排列、层厚均匀、界面清晰的SiC／C层状陶瓷。力学性能与单相SiC陶瓷相比，SiC／C层状陶瓷的抗弯强度略有降低，但断裂韧性却得到了大幅度的提高。层状陶瓷的载荷-位移曲线不同于单相陶瓷的1次性断裂曲线，而是呈锯齿状；同理论计算所得载荷-位移曲线相似。层状陶瓷的断裂路径呈台阶状，裂纹遇到弱界面时发生分叉产生并行扩展裂纹、晶须状微裂纹以及裂纹遇到弱界面时被吸收。认为裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹并行扩展、裂纹遇弱界面被吸收等是SiC／C层状陶瓷的几种主要增韧机制。     

碳化钛高锰钢结硬质合金的碎裂成因

利用扫描电镜与金相观察等分析方法 ,研究了碳化钛高锰钢结硬质合金在焊接和使用过程中产生裂纹与碎片的成因。结果表明 ,当硬质相 (TiC)之间的粘结相成分Mn ,Fe等元素含量偏低时 ,则粘结相的相对含量明显减少 ,粘结效果变差 ,致使硬质相在烧结过程中发生邻接和聚集长大 ,晶粒出现不均匀粗化 ,导致合金微区强韧性降低 ,在焊接应力 (或外力 )作用下容易产生微裂纹 ,若应力 (或外力 )进一步增大或作用时间延长 ,微裂纹将迅速扩展形成宏观裂纹进而脆裂成碎片。提出了在烧结过程中避免粘结相挥发、流失及硬质相邻接长大的工艺措施 ,以改善合金的组织与性能 ,防止产生裂纹与碎片。     

X80管线钢焊接热模拟热影响区疲劳裂纹扩展行为的分析及预测

通过焊接热模拟方法对X80双相管线钢不同焊接热影响区疲劳裂纹扩展行为进行了研究,并分析实际焊接试样与焊接热模拟试样的热影响区疲劳裂纹扩展行为的差异,讨论了焊接热模拟技术应用于疲劳裂纹扩展寿命预测的可行性。结果表明,当裂纹在粗晶热影响区(CGHAZ)和临界热影响区(ICHAZ)上扩展时,由实际焊接试样与焊接热模拟试样热影响区所测得的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-DK曲线)存在明显差异,其原因与显微组织变化引起的裂纹扩展阻力大小不同有关。因此,建议采用实际焊接试样完整的热影响区所测得的da/dN-DK曲线来评估疲劳裂纹扩展寿命。     

Characterization of Cracking Mechanisms of Carbon Anodes Used in Aluminum Industry by Optical Microscopy and Tomography

The objective of this work is to understand the different mechanisms of crack formation in dense anodes used in the aluminum industry. The first approach used is based on the qualitative characterization of the surface cracks and the depth of these cracks. The second approach, which constitutes a quantitative characterization, is carried out by determining the distribution of the crack width along its length as well as the percentage of the surface containing cracks. A qualitative analysis of crack formation was also carried out using 3D tomography. It was observed that mixing and forming conditions have a significant effect on crack formation in green anodes. The devolatilization of pitch during baking causes the formation and propagation of cracks in baked anodes in which large particles control the direction of crack propagation.     

DZ125高温合金超高周疲劳裂纹萌生与扩展

裂纹的萌生与扩展是研究合金材料超高周疲劳行为的重要方面。本研究分析与探讨了温度和表面状态对DZ125合金的超高周疲劳裂纹萌生与扩展特征的影响。不同温度下,DZ125合金的超高周疲劳裂纹萌生位置和扩展方式不同。室温下,裂纹均沿表面起源,裂纹扩展以拉伸模式为主;700℃下,裂纹均沿亚表面起源,裂纹扩展以剪切模式为主。室温下,DZ125合金经激光冲击处理前后的超高周疲劳裂纹萌生位置和扩展方式均存在差异。经过激光冲击处理后,裂纹萌生于合金的内部孔洞缺陷,裂纹扩展完全以剪切模式进行。     

焊趾多裂纹的试验与仿真分析

焊接接头焊趾部位的疲劳裂纹多呈现为多裂纹形式.针对十字焊接接头,开展变幅载荷谱块下的拉伸疲劳试验,获得了表征裂纹瞬时前沿迹线的海滩条带的演变过程,验证了多裂纹的存在性,并且发现焊接接头焊趾处的多裂纹具有明显的不同步特性.采用有限元仿真技术,在焊趾部位分步插入多个半椭圆形初始裂纹,模拟了多裂纹的演变过程,获得了与试验断口一致的仿真结果.结果表明,裂纹融合导致裂纹前沿形状不断发生变化,最终有向半椭圆形状演变的趋势;焊接结构裂纹萌生和小裂纹扩展阶段在疲劳全过程中的寿命占比较大,具有不可忽略的影响.