EFFECT OFδ-Ni_3 Nb ON LOW CYCLE FATIGUE RACTURE OF INCONEL 718

本文研究了δ-Ni_3Nb相的尺寸及分布对Inconel718合金在650℃,恒应变控制循环应变作用下断裂行为的影响。结果表明,由高温固溶及中间时效造成的δ相沿晶界的锯齿状分布,可以提高材料对裂纹沿晶扩展的抗力,使低周疲劳断口由标准工艺处理后的沿晶型转变为穿晶。但是,与形成锯齿晶界的工艺相伴随的,δ相在晶内沿孪晶界面及贯穿晶粒的粗大片状析出,降低材料对循环应变的适应能力,常常过早地在δ相与基体界面处形成微孔甚至界面分离,使材料疲劳寿命降低。     

δ相对GH4169合金强韧性的影响规律研究

通过断裂韧度J0.2BL以及冲击韧性测试研究了δ相百分含量对GH4169合金韧性的影响。结果表明,随固溶温度增加,δ相含量从1.54%降低到0.045%,晶粒尺寸从12.59 μm长大到35.21 μm,δ相含量对拉伸强度无显著影响,但断裂韧度J0.2BL从112 KJ/m增加到355 KJ/m, 冲击韧性从35 J增加到75 J。δ相的析出会导致其周边出现无γ″相析出区,当大量δ相沿晶界分布时,则沿晶界形成无强化相析出带,在应力作用下,δ相与无强化相析出区基体的应变差会导致界面开裂、形成孔洞。在无强化相析出区孔洞快速连接形成裂纹,裂纹沿晶扩展与空洞汇合,降低了裂纹扩展阻力,加速了裂纹的扩展。因此δ相的存在为裂纹提供了扩展通道,降低了材料的塑韧性。     

δ相对GH4169合金强韧性的影响规律

通过断裂韧度J_(0.2BL)以及冲击韧性测试研究了δ相含量对GH4169合金韧性的影响。结果表明,固溶温度从940℃增加到980℃,δ相含量从1.54%降低到0.045%,晶粒尺寸从12.59μm长大到35.21μm,δ相含量对拉伸强度无显著影响,但断裂韧度J_(0.2BL)从112 kJ/m~2增加到355 kJ/m~2,冲击韧性从35 J增加到75 J。δ相的析出会导致其周边出现无γ'相析出区,当大量δ相沿晶界分布时,则沿晶界形成无强化相析出带,在应力作用下,δ相与无强化相析出区基体的应变差会导致界面开裂、形成孔洞。在无强化相析出区孔洞快速连接形成裂纹,裂纹沿晶扩展与空洞汇合,降低了裂纹扩展阻力,加速了裂纹的扩展。因此δ相的存在为裂纹提供了扩展通道,降低了材料的塑韧性。     

Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在热处理中的组织演变和573K下的低周疲劳行为（英文）

使用带有高角环形暗场探测器的扫描透射电镜研究了Mg-2.1Gd-1.1Y-0.82Zn-0.11Zr合金的铸态组织特征,确认了由晶界向晶内延伸的层片状结构为γ′相的集合体;研究了时效峰值态的Mg-2.1Gd-1.1Y-0.82Zn-0.11Zr合金在总应变控制下的高温(573 K)低周疲劳测试中的力学响应和失效机制。在573 K下,合金在不同的总应变幅控制的循环加载中均表现出了循环软化的特征。扫描电镜的观察结果表明:微观裂纹优先在长周期有序相和基体的界面处形核,并沿基面扩展;分布于晶界处的、块状长周期有序相能抑制裂纹的穿晶扩展。     

铜晶体的疲劳损伤微观机制

对Cu单晶体、双晶体和多晶体疲劳损伤微观机制的总结结果表明：在中、低应变范围Cu单晶体的疲劳裂纹主要沿驻留滑移带萌生,而在高应变范围则沿粗大形变带萌生;Cu双晶体中疲劳裂纹总是优先沿大角度晶界萌生和扩展,而小角度晶界则不萌生疲劳裂纹;对于Cu多晶体,疲劳裂纹主要沿大角度晶界萌生,有时也沿驻留滑移带萌生,而孪晶界面两侧由于滑移系具有相容的变形特征而未观察到疲劳裂纹萌生．     

时效+再结晶退火对镍基合金锻造混晶组织的影响

为了消减镍基合金锻件中的混晶组织，本文提出了δ相时效+再结晶退火的热处理工艺路线。δ相在时效过程中可以直接析出或者由γ″相发生相变间接析出。对含析出δ相的材料进行高温再结晶退火，然后立即水冷，可以发现时效方式和时效时间对退火过程中的组织演变存在显著影响。时效过程中直接析出的δ相主要分布在晶界，随着时效时间延长部分晶粒内部也会析出δ相，其形貌以短棒状为主。间接析出的δ相主要分布在晶粒内部以及晶界，其形貌主要为晶内长针状以及晶界短棒状。短棒状δ相在退火过程中与位错交互作用较弱，主要起到钉扎晶界的作用；而长针状δ相能够促使亚晶的形成。因此，间接时效方式有利于再结晶形核的发生，并能够有效阻碍晶粒生长避免异常长大的再结晶晶粒。     

长期时效对一种GH4169合金蠕变行为的影响

通过对改进GH4169合金进行不同制度热处理、蠕变性能测试和组织观察,研究了长期时效处理对合金蠕变行为的影响。结果表明：合金经常规热处理的组织由γ、γ′、γ″相、粒状碳化物和δ相组成,其中,弥散分布的粒状γ′和椭圆状γ″相以相干方式分布在合金基体中,粒状碳化物在晶界和晶内析出,而δ相分布于晶界。蠕变期间,粒状碳化物可抑制晶界滑移,阻碍位错运动,使得合金具有良好的服役性能。由于长期时效处理增加了针状δ相的数量和尺寸,割裂了基体的连续性,蠕变期间激活的位错滑移至晶界受阻,可促使裂纹沿晶界的萌生与扩展,使长期时效后合金的蠕变寿命较低。     

GH4738合金断口附近的组织特征与持久寿命的关联性研究

通过系列高温持久试验,结合光学金相显微镜、扫描电镜组织分析及EBSD分析,研究了GH4738合金持久断口附近晶粒尺寸分布、析出相及断口附近变形特性与持久寿命的关联性。结果表明,GH4738合金持久断口部位纵截面的组织特征与持久断裂的动态过程完全一致,更能反映高温裂纹扩展的过程,纵截面靠近断裂面部位,大都有沿晶界扩展的二次裂纹存在,与持久断口基本以沿晶解理断裂完全一致。对比夹持部位及断裂部位晶界碳化物及晶内γ'相分布,发现两部位晶界碳化物及晶内γ'相的大小、数量均无明显差异,晶界晶内相分布对高温持久性能影响较小。初始晶粒(即持久试样夹持部分晶粒)分布是影响持久寿命的主要原因,初始晶粒尺寸较大,持久变形机制以晶界滑移及晶内协调,因而持久寿命较长;初始晶粒尺寸较小时,持久应变主要集中于晶界,应变集中明显,极易出现裂纹而显著降低合金的持久寿命。     

Ti-47Al-5Nb合金高温循环变形后的组织和断裂特征

为研究新一代高Nb含量γ-TiAl合金在低周疲劳过程中双态组织稳定性对应力-应变响应和疲劳断裂过程的影响，测试了Ti-47Al-5Nb合金在总应变控制条件下550℃～750℃温度范围的低周疲劳性能，并观察了循环变形后的显微组织，缺陷特征和断口形貌。结果表明：在550℃变形时所产生的循环硬化缘于不均匀的位错滑移，在滑移带内高密度位错之间产生强烈的相互作用降低了位错的可移动性，滑移带产生的应力集中使裂纹易于沿α2/γ层界面扩展。在650℃和750℃变形时的循环软化则一方面归因于部分α2片层溶解和γ相再结晶，另一方面大量孪晶的激活和位错通过交滑移和攀移克服短程障碍的作用使合金的变形能力提高，同时增加了疲劳过程中的塑性应变累积。疲劳断口特点为等轴γ晶和α2/γ层的穿晶断裂。     

DP工艺GH4169合金热加工高通量测试方法

以经DP工艺处理的GH4169合金为对象,研究热加工高通量双圆锥台试样测试方法,利用数值模拟方法进行双圆锥台试样关键尺寸设计,探讨热加工工艺参数对双圆锥台试样等效应变场分布的影响规律,进行实际试验验证,分析晶界取向差和晶界分布特征。结果表明:摩擦因数对等效应变影响显著,随着摩擦因数的提高,试样中心位置应变量增加,应变梯度加大;随着变形温度的升高和变形速率的减小,试样中心附近的等效应变降低,能促进δ相的溶解和断裂,加快动态再结晶的发生,增大动态再结晶晶粒尺寸;经(1000℃,0.01 s-1)热变形后高通量双圆锥台试样中心由于动态再结晶导致小角晶界数量很少,统计频率仅为5.6%,外缘变形量低,晶界数量中大角晶界占比高达92.3%,晶内分布有原始孪晶;随着变形温度提高,小角晶界不断减少,孪晶数量有所增加。     

垂直晶界和倾斜晶界Cu双晶的疲劳开裂行为及其机制

用扫描电镜（ＳＥＭ）研究了一种垂直晶界和两种倾斜晶界Ｃｕ双晶的疲劳开裂行为及其机制。这三种双晶组元晶体的取向均为「１３４」。结果表明,沿晶界的疲劳开裂是Ｃｕ双晶疲劳破坏的主要形式,但垂直晶界和倾斜晶界双晶疲劳裂纹萌生的机制有所不同。垂直晶界双晶沿晶疲劳裂纹主要由驻留滑移带撞击晶界面产生,而倾斜晶界双晶疲劳裂纹的萌生是由晶界两侧晶粒的滑移台阶而引起的应力集中所致。造成这种差别的原因同两种双晶的活动滑     

过冷Cu80Ni20合金熔体凝固组织的两次细化机制

在大气条件下,采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法,在44K-176K过冷度范围内。研究了Cu80Ni20合金凝固组织的两次细化机制。第一类粒状晶的形成为熔断-再结晶机制．枝晶形成过程为：首先,快速凝固过程中的树枝晶发生严重重熔,形成树枝晶段;然后。树枝晶段通过外延生长后形成不稳定晶界,并在界面能驱动下与高温发生晶界移动和晶粒合并,形成再结晶晶粒。第二类粒状晶的形成为碎断-再结晶机制,在大过冷度下,快速凝固过程中液固相体积转变速率的提高,不仅使枝晶内部缺陷骤然增加,而且会导致固相内极高的应力和应变能。在应力作用下枝晶全面碎断,形成“网状枝晶块”,枝晶块通过内部缺陷和应变能的作用,发生界面的移动和合并即再结晶过程,形成第二类粒状晶。     

两种不同热处理工艺下亚稳β钛合金Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr的低周疲劳行为

研究了固溶+等温时效及固溶+随炉冷却2种不同热处理工艺下Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr(质量分数,%)合金的低周疲劳行为。结果显示:固溶+等温时效处理后的M1合金显微组织中含有短棒状的晶内α相以及连续晶界α相;固溶+随炉冷却处理后得到的M2合金显微组织中含有细长针状的晶内α相、连续晶界α相以及WGB α相。在0.6%、0.7%和0.8%的较低应变幅下M1合金和M2合金均呈现出循环稳定的现象,晶内α相间距较小的M2合金呈现出较高的应力幅值;在1.0%的较高应变幅下,由于背应力和摩擦应力的竞争机制,导致M1合金和M2合金均呈现循环软化现象。在0.9%和1.0%的较高应变幅下M2合金的背应力硬化速率相对较小,其循环软化现象更加明显,其应力幅值相对较低。M2合金的晶内α相将基体分割为若干“封闭单元”且β晶界处形成了向晶内平行生长的WGB α相,导致其低周疲劳寿命均低于M1合金。     

海绵钛中铁的来源及降低途径

研究了烧结ＮｄＦｅＢ永磁材料的断裂行为及晶粒晶面和晶界界面的相成分。研究表明：ＮｄＦｅＢ磁体的断裂行为主要为沿晶断裂。晶界界面上富Ｏ和Ｎｄ元素，作者认为，晶界上存在的薄片状含氧富钕相是引起磁体沿晶断裂的主要原因，同时提出了几种提高ＮｄＦｅＢ永磁材料强韧性的途径。     

2197(Al-Li)-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

研究了2197-T851合金的疲劳裂纹萌生与扩展特性。结果表明,2197铝锂合金的疲劳裂纹萌生与应力水平有关,在较低应力下,主要萌生在第二相粒子、第二相粒子/基体界面以及表面缺陷处,而在较高应力水平下,还出现沿滑移带和晶界处萌生。裂纹的扩展优先沿有利滑移面,在晶粒间的扩展以沿{111}面的穿晶扩展为主,也有沿小角度晶界扩展的情况,合金具有很好的平面滑移性。裂纹在晶粒内的扩展并非沿一个滑移系的直线扩展而是频繁发生偏折,却始终沿{111}面,可剪切共格相δ’粒子造成晶内扩展路径曲折。     

计算机模拟晶界位向对双晶体循环形变行为的影响

在实验基础上,用晶体细观力学方法模拟研究了纯铝双晶体在应力轴与晶界面分别垂直或平行时的循环形变过程。计算显示,在这两种加载方式下晶界区微观应力应变分布均有显著的变化,而它们各自晶界区微观应力应变分布又有明显不同,这和实验发现晶界区的形变损伤比晶内其它区域更大,以及这两种加载方式下晶界及晶界区形变损伤有很大差异的结果是一致的。利用计算得到的瞬时滑移系开动及分布情形对有关实验观测结果进行分析,能够满意     

热处理工艺对S31042奥氏体耐热钢显微组织和力学性能的影响

研究S31042奥氏体耐热钢不同热处理工艺后的显微组织和力学性能。结果表明:随着时效温度由700℃上升到900℃,该钢的晶界M_(23)C_6型碳化物析出量增多,并逐渐呈现连续分布,冲击韧性显著降低,高温抗拉强度逐渐降低,屈服强度基本保持稳定,但900℃时效热处理后屈服强度略微增加;当时效温度由900℃上升到1000℃,该钢晶界碳化物析出量减少;高温抗拉强度变化不明显,屈服强度有所降低,冲击韧性提高;相比于拉伸过程中的低应变速率,在瞬时冲击高应变速率条件下,晶界M_(23)C_6相的聚集析出造成沿晶开裂倾向增加。     

塑性变形对Mg-Gd-Y-Zr合金析出行为及拉伸断裂行为的影响

研究塑性变形对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金析出行为及拉伸断裂行为的影响。结果表明：塑性变形引发的晶体缺陷为时效析出提供了更多的形核核心,不仅使β′相的数量增加,还促进晶界、孪晶与基体界面处析出相的生成。析出相数量的增多可有效阻碍拉伸变形过程中的位错滑移从而强化合金基体,2%变形合金可实现强度与塑性的良好配合。塑性变形量增大,微裂纹在晶界析出相与基体界面处产生并沿晶界扩展,再加之断口表面平滑刻面的形成导致合金的拉伸性能降低。     

辊弯成形下塑性应变对挤压态6063 T66铝合金型材疲劳性能的影响（英文）

分析从辊弯成形型材区和预应变材料取样的材料的拉伸塑性应变。利用概率Weibull累积分布(P-S-N曲线)近似高周疲劳的实验数据。利用LS-Dyna程序和实验数据对辊弯成形进行数值模拟，建立疲劳寿命预测模型。材料的循环行为表明，随着静态失效水平的增加，疲劳寿命分布减小。断裂表面的断口形貌分析表明，由于晶界附近的位错积累，拉伸预应变的晶间裂纹水平增加。所提模型预测结果与概率散射带具有良好的相关性(误差低于10%)。     

层错能对纳米晶Cu-Al合金微观结构、拉伸及疲劳性能的影响

总结了层错能对Cu-Al纳米晶合金微观结构、拉伸性能和疲劳行为的影响.研究表明:随着层错能的降低,材料微观结构的演化逐步从位错分割机制主导转变为孪晶碎化机制主导,导致其平均晶粒尺寸逐步减小,而其均匀微观结构的形成经历先难后易的转变.同时,发现Cu-Al纳米晶合金的强度随层错能的降低得到明显改善,其均匀延伸率存在一最优值,使其均匀延伸率最佳.对不同晶粒尺寸的样品进行力学实验证实,随层错能降低,其强塑性匹配得到明显提升.在循环变形过程中,随层错能降低,晶粒长大导致的微观组织不稳定性和高度应变局部化的剪切带均有明显改善.材料的疲劳损伤微观机制随之从晶界迁移主导的晶粒长大逐步转变为其它晶界行为,如原子重组、晶界滑动和转动等.纳米材料的综合疲劳性能(低周和高周疲劳)随层错能的降低呈现同步提高的趋势.