镍基单晶高温合金530 ℃低周疲劳性能及断裂机制

对镍基单晶高温合金在530℃的低周疲劳断口及断裂损伤机制进行研究。结果表明：在530℃时,单晶高温合金低周疲劳裂纹一般萌生于试样表面、亚表面或内部。亚表面存在铸造缺陷时裂纹从缺陷处起源。在大应变幅（>0.85%）条件下,合金在疲劳循环过程中表现出明显的循环硬化行为,应变幅低于0.85%时循环应力响应曲线基本趋于稳定。镍基单晶高温合金主要通过滑移产生变形,在530℃合金主要通过八面体滑移机制进行断裂,主滑移系为{111}<110>。分析断口特征可知,断口在源区附近未见明显塑性变形,稳定扩展区可见疲劳条带特征,快速扩展区在滑移台阶处存在大量交叉滑移带。通过电子背散射衍射分析发现,不同滑移面交界处的断口表面存在明显塑性变形,靠近断口表面的γ基体及立方γ’相变形严重。该温度下疲劳断口表面未见明显氧化特征。     

DZ125定向凝固合金的薄壁持久蠕变性能与断裂行为

采用薄壁试样研究高温试验条件下，试样壁厚对DZ125定向凝固合金向持久性能及其断裂特征的影响规律。结果表明:不同壁厚试样的持久寿命明显低于标准试样，表现出显著的薄壁效应，并且壁厚和持久寿命间存在明显的线性关系；薄壁试样持久断口边缘区域氧化严重，内部区域为微孔聚集型断裂；合金薄壁试样的持久断裂模式为“表面氧化－裂纹萌生－扩展”和“内部蠕变损伤”共同作用；合金在950 ℃/197 MPa下的蠕变性能表明，圆棒试样寿命明显高于薄壁试样寿命，0.6 mm厚度的薄壁试样寿命约为圆棒试样的50%，1.1 mm厚度的薄壁试样寿命约为圆棒试样的80%。     

取向偏离度对镍基第三代单晶高温合金DD9在760～1100℃横向拉伸性能的影响（英文）

研究[100]、[120]和[110]取向的镍基第三代单晶高温合金DD9在760～1100℃范围内的拉伸性能。采用OM、SEM和TEM观察显微组织与断口形貌。结果表明,[100]取向试样在760℃和850℃的抗拉强度高于[210]和[110]取向试样,而在980℃以上,三种取向试样的抗拉强度接近。[100]、[120]和[110]取向试样在760℃与980℃的断裂机制相同,而在1100℃条件下,[100]与[120]取向试样断口为韧窝断裂,而[110]取向试样断口为类解理断裂与韧窝断裂共存。在760℃条件下,仅在[100]取向试样中发现明显层错,而在1100℃条件下三种取向试样中位错组态相似。[100]、[120]和[110]取向试样拉伸变形过程中可开动的潜在滑移系数量不同是造成横向拉伸性能各向异性的主要原因。     

一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能

在760℃到1100℃条件下,研究了一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能。采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)与扫描透射电子显微镜(STEM)观察了合金的显微组织与断口形貌。结果表明：随着温度的升高,合金的拉伸强度降低,而拉伸延伸率增加。在760℃与850℃条件下的拉伸断裂均为类解理断裂。在980℃,1070℃和1100℃条件下,试样断口出现了反映凝固方向的枝晶形貌特征,且随着温度的升高枝晶形貌在断口上的面积增加。在980℃条件下,拉伸断裂为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂。在1070℃与1100℃条件下,拉伸断裂均为韧窝断裂。随着温度的升高,塑性变形过程中开动了更多滑移系,导致形成了不同的位错形貌。760℃拉伸,合金中出现了高密度大致平行分布的a/2<110>位错;980℃拉伸,合金中出现了位错缠结;1100℃拉伸,合金中形成了位错网络。     

一种单晶高温合金的冲击断裂机制研究

模拟了单晶叶片实心和空心结构,制备了单层壁和双层壁的单晶高温合金冲击试样,研究了在600℃、700℃、760℃、800℃、850℃、900℃下的冲击断裂机制。研究结果表明,不同温度单晶高温合金的冲击断裂机制均为类解理断裂,断口上存在解理台阶,滑移带,河流状花样等特征。在试验中温范围内,随着温度增加,冲击断口形貌无明显的变化。裂纹开始沿大解理面扩展,最后断裂区存在大量解理台阶。解理台阶与单晶高温合金中温疲劳断口上的台阶相似,但不同是随着裂纹的扩展,台阶的间距逐渐减小。不同温度冲击断裂试样组织分析表明,γ′相立方状形貌没有变化,靠近断口处存在大量的滑移带。     

MAR-M247合金高温断裂机制的原位研究

利用原位高温拉伸台在扫描电镜中研究了镍基铸造高温合金MAR-M247在室温、400 ℃与760 ℃拉伸过程中的动态组织演变和断裂机制。原位测试结果表明,在室温到760 ℃范围内,MAR-M247合金的屈服强度与抗拉强度随温度的升高略有下降,拉伸塑性略有提高。室温原位拉伸过程中,并没有出现滑移带;400 ℃与760 ℃的原位拉伸,只在样品断口附近存在少量的滑移带。随拉伸温度的提高,合金的断裂机制并无明显变化,均表现为韧性穿晶断裂。合金的微裂纹主要来源于变形过程中碳化物的破裂,晶内与晶界都存在因碳化物破裂而形成的微裂纹。     

激光熔覆再制造对试件拉伸性能与组织的影响

通过在标准拉伸试样上采用激光再制造的方式制得厚0.4 mm的Ni25AA熔覆层,再进行拉伸实验,研究激光熔覆再制造过程对试样拉伸性能的影响,并采用金相显微镜观察拉伸试样组织,采用扫描电镜分析断口形态。结果表明,当熔覆层厚度为0.4 mm时,激光熔覆再制造后的拉伸试件的应力-应变曲线和普通试件应力-应变曲线相似,弹性模量基本没有变化,最大拉伸强度基本持平。而屈服强度明显降低,而且断裂时,总的变形量明显减小。激光熔覆再制造后的拉伸试件的断口都不在熔覆区,断裂位置大致与普通试样相同。     

应变速率对单晶高温合金中温拉伸性能的影响

研究了应变速率对一种单晶高温合金760和850 ℃拉伸性能的影响,分析了试样的断口形貌和断裂组织特征。结果表明,随着应变速率的增加,合金的中温拉伸强度稍有增加,伸长率稍有减小。合金中温拉伸性能对应变速率的敏感性非常小。合金中温拉伸断裂机制为类解理断裂,随着应变速率的增加,解理面的总面积减小,滑移带间距变窄。     

取向差对SRR99双晶高温合金拉伸性能的影响

通过对具有不同取向差的SRR99双晶高温合金试样进行室温拉伸实验,系统比较了取向差对试样拉伸行为、表面形貌、断裂方式和断口形貌的影响.结果表明:取向差为4°的晶界对双晶的拉伸性能几乎没有影响;当取向差达到10°时,晶界的作用开始明显显现;而取向差为16°和18°的晶界对双晶的力学性能影响最大.扫描电镜观察发现:滑移易于贯穿4°取向差晶界,最后沿滑移带开裂,断口呈明显的滑移特征;取向差为10°的双晶在滑移带撞击下,裂纹沿滑移带和晶界同时扩展,最后率先沿滑移带失稳断裂,断口上除有滑移特征,还呈现枝晶间开裂特征;而取向差为16°和18°的双晶,在屈服初期便萌生晶界裂纹,最后沿晶界快速发生断裂,断口枝晶间开裂特征明显.     

Ti-600合金的热稳定性

研究了Ti-600合金镦制饼材600 ℃热暴露前后室温拉伸性能的变化,并观察合金的拉伸断口、分析其断裂机制。结果表明,600 ℃热暴露100 h后,毛坯热暴露试样的强度较热暴露前固溶时效试样(STA)的提高了3%左右,延伸率降低20%左右;热暴露试样的强度稍有降低,延伸率则降低了45%左右。STA试样室温拉伸断裂起源于试样中心位置,断口形貌呈现韧窝型断裂特征;毛坯热暴露试样断口上可见解理小平面与韧窝并存的特征,为混合型断口;试样热暴露以后,裂纹萌生于试样表面,断口上观察到解理小平面,合金的断裂沿片层α相界面扩展。热暴露试样表层有脆性富氧层存在,富氧层内易诱发细微裂纹并向基体扩展。表面渗氧是Ti-600合金热暴露后塑性下降的重要原因之一     

单向拉伸与压缩时粗晶纯锌的形变及损伤行为

对具有密排六方（hcp）结构的粗晶纯锌（纯度为99.995%）试样进行单向拉伸与压缩实验,研究其形变及损伤行为。用金相显微镜和扫描电镜对试样的表面变形形貌以及断口形貌进行观察。结果表明：单向拉伸试样塑性很差,只有当应变速率很小时才表现出一定的塑性,在形变过程中几乎没有滑移系开动,只有少量孪晶产生,断口主要以解理断裂为主;单向压缩试样的塑性远优于相同应变速率下的拉伸试样,不同压缩量试样的形变与损伤方式略有不同,主要有孪生（包括二次孪晶）、滑移和裂纹的形成等;晶界在不同载荷下也有不同的表现。     

剪应力状态下6061铝合金的力学性能及断裂行为

对设计的拉伸剪切试样和原位拉伸剪切试样分别进行不同剪应变率下的拉伸剪切试验及原位拉伸剪切试验,研究6061铝合金在剪力状态下的力学性能及断裂行为,并用有限元软件ABAQUS对铝合金在剪应力状态下的断裂行为进行模拟。结果表明:随着剪应变率的增大,6061铝合金的剪切屈服强度和抗剪强度基本保持不变,但剪切断裂应变明显减小;剪应变率对试样的断口形貌没有影响;6061铝合金晶界是其最薄弱环节,在拉伸剪切过程中铝合金试样表面上产生了大量与拉伸方向平行的滑移带;微裂纹在剪应力作用下形核于与拉伸方向平行的滑移带和晶界,随着剪应力的增加,微裂纹长大和扩展;微裂纹之间通过剪切而连接导致试样断裂;6061铝合金剪切断裂行为可以用Johnson-Cook模型进行描述。     

CMSX-4单晶高温合金在不同温度下的低周疲劳行为

研究了单晶高温合金CMSX-4在中温760 ℃和高温950 ℃下的低周疲劳行为。结果表明：在760 ℃下合金具有较长的疲劳寿命和较高的疲劳强度,断裂后断面高度差大并与应力轴方向呈45°角,裂纹沿着{111}面扩展;而在950 ℃下合金具有较短的疲劳寿命和较低的疲劳强度,断面与应力轴垂直,裂纹沿着{001}面扩展。低周疲劳断口的扫描电镜结果表明, 760 ℃试样表面的微孔是主要的疲劳源,而950 ℃试样表面的氧化层是主要的疲劳源且呈现多源开裂。低周疲劳断口的透射电镜结果表明,中温760 ℃下位错具有的平面滑移和波状滑移的变形机制,是由位错的平面滑移向波状滑移转变的过程;而高温950 ℃下位错主要通过交滑移和攀移进行运动。     

铸件尺寸对镍基单晶高温合金力学性能的影响

浇注了两种不同尺寸的镍基单晶高温合金铸件试样,研究了试样尺寸对显微组织的影响,利用扫描电镜分析了合金的断口形貌和断裂机制.结果表明,浇注试样尺寸增大,合金的枝晶间距和热处理后γ′相的尺寸增大.合金在760、980℃下的拉伸性能以及980℃和250MPa条件下的持久性能均有不同程度的降低.合金760℃的拉伸断裂为类解理断裂,980℃的拉伸断裂以及980℃和250MPa条件下的应力断裂都为韧窝断裂.     

6063铝合金韧性断裂机制的研究

设计可实现不同应力状态的原位拉伸试样,在SEM下进行原位拉伸试验,对断裂过程做了详细的研究和分析.试验表明,不同应力状态下的试样表面在拉伸过程中都产生了大量的滑移带,但其韧性断裂机制不同.随着三轴应力度的降低,断裂从韧窝剪切机制向纯剪切断裂机制过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6063铝合金的晶界最薄弱,微裂纹形核于晶界,随载荷增大,微裂纹之间通过扩展或剪切连接导致试样断裂;试样最小截面上的三轴应力度越小,试样断口的两个面上韧窝的取向越明显,而且断口越光滑.     

热暴露对TC11/Ti-22Al-25Nb双合金盘力学性能的影响

对电子束焊+近等温成形的TC11/Ti-22Al-25Nb双合金模拟盘在热暴露后进行拉伸、持久试验,并通过SEM和TEM观察断口形貌及组织。结果表明:热暴露后的试样在室温拉伸时,均断裂在焊缝位置。经550℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于延性断裂,600℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于脆性解理断裂,裂纹源均起始于试样的表面。随着热暴露温度的升高和时间的延长,室温拉伸强度总体提高,塑性下降,持久时间也降低,元素在焊接连接区域的分布更加均匀,成分曲线表现得更加平缓,但在Ti-22Al-25Nb侧检测出较高含量的O元素,说明该侧合金易被氧化。     

Ti555211合金双态组织拉伸行为的SEM原位观察

利用SEM原位拉伸实验,研究了Ti555211合金具有初始双态组织的拉伸变形和断裂行为。结果表明:在拉伸载荷作用下,双态组织试样中滑移带优先出现在初生α相内(与拉伸轴呈45°),在裂纹扩展过程中,合金内滑移带的密度均随着载荷的增加逐渐增加,双态组织试样的断裂方式为微孔聚集型断裂。原位拉伸试样断口分析表明,韧性断裂是双态组织试样的主要断裂方式,双态组织试样断口没有明显剪切唇,存在小范围的剪切滑移造成的平坦面。SEM原位拉伸实验分析方法能够对该合金的变形和断裂行为进行实时跟踪,该方法的研究结果更加具有重大的理论价值和工程意义。     

固溶时效处理对挤压态6082铝合金力学性能和组织的影响

采用拉伸试验机、光学显微镜和透射电镜等方法研究了固溶和时效处理工艺对挤压态6082铝合金力学性能和组织的影响。结果表明,经530 ℃固溶处理的试样强度高于550 ℃固溶处理的试样,经不同固溶温度处理后合金表现出不同的力学性能各向异性行为,而经时效处理后合金的屈服强度显著提升。550 ℃固溶处理的合金,晶粒明显长大。经时效处理后的试验合金中分布着大量的针状析出相,能有效阻碍位错的运动,提升材料的强度。经不同固溶+时效处理后的挤压态试验合金拉伸断口处均发现大量的韧窝,表现出韧性断裂的特征。     

不同应力状态下6063铝合金断裂机制原位拉伸研究

用SEM-520原位拉伸实验对可以实现不同应力的6063铝合金试件的断裂过程做了详细研究和分析.研究结果表明:不同应力状态下的铝合金试样在拉伸过程在其表面上都产生了大量的滑移带,但断裂机制不同.随着三轴应力度的降低,断裂从正断向剪断过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6063铝合金晶界是其最薄弱环节,大量微裂纹产生于晶界,随着载荷的增加,微裂纹长大和扩展,与此同时,在局部变形带中沿晶界和滑移带又产生了新的微裂纹,微裂纹之间通过扩展或剪切而连接导致试样断裂;试样最小截面上的三轴应力度越小,试样断口的2个面上韧窝的取向越明显,而且断口越光滑.     

一种镍基单晶高温合金持久各向异性行为

研究了一种镍基单晶高温合金DD499的[001],[011]和[111]3个晶体取向在典型应力条件下的持久性能。结果表明,持久寿命的取向依赖性与温度和应力有关。760℃,790MPa时,[001]取向的持久寿命明显高于[011]和[111]取向;1040℃,165MPa时,持久寿命由大到小顺序为[111]>[001]>[011],但不同取向的各向异性减弱。利用SEM观察持久断裂后的断口和组织结构表明,760℃,790MPa时,[001]取向试样的断裂特征为解理和准解理混合型断裂,[011]取向为单系滑移引起的剪切断裂,而[111]取向为多系滑移引起的剪切断裂;1040℃,165MPa时,3种取向都为微孔聚集型断裂。