Mechanical Behavior of Two High Strength Alloy Steels Under Conditions of Cyclic Tension

The results of a recent study aimed at understanding the conjoint influence of load ratio and microstructure on the high cycle fatigue properties and resultant fracture behavior of two high strength alloy steels is presented and discussed. Both the chosen alloy steels, i.e., 300M and Tenax? 310 have much better strength and ductility properties to offer in comparison with the other competing high strength steels having near similar chemical composition. Test specimens were precision machined from the as-provided stock of each steel. The machined specimens were deformed in both uniaxial tension and cyclic fatigue under conditions of stress control. The test specimens of each alloy steel were cyclically deformed over a range of maximum stress at two different load ratios and the number of cycles to failure recorded. The specific influence of load ratio on cyclic fatigue life is presented and discussed keeping in mind the maximum stress used during cyclic deformation. The fatigue fracture surfaces were examined in a scanning electron microscope to establish the macroscopic mode and to concurrently characterize the intrinsic features on the fracture surface. The conjoint influence of nature of loading, maximum stress, and microstructure on cyclic fatigue life is discussed.     

不同工艺条件下A356合金的力学性能、微观组织和热疲劳特性研究

研究了不同工艺条件下A356微观组织、力学性能和热疲劳特性。结果表明:细化变质+微合金化+T6工艺的A356合金力学性能、热疲劳性能最优。热疲劳裂纹萌生期为沿晶生长,扩展期为沿晶+穿晶混合生长。裂纹扩展速率呈先增加后减缓的趋势,未脱落的Al_2Cu相、裂纹分叉与二次裂纹的产生均会减缓裂纹扩展速率。循环初期形成的氧化膜可抵消部分拉应力,阻碍氧化腐蚀;后期氧化膜遭到破坏,氧化腐蚀加剧,裂纹扩展加速。裂纹生长过程:位错滑移→空位→微坑→微裂纹→尖端闭合、张开→扩展。     

6016铝合金高温流变应力行为研究

在变形温度420～540℃、应变速率0.001～1 s-1时,利用Gleeble-1500热模拟试验机采用圆柱体等温热压缩试验对6016铝合金热变形流变应力行为进行研究,讨论实验条件对应变硬化指数n和应变速率敏感性指数m的影响.结果表明:6016铝合金流变应力受应变速率和变形温度的影响明显,流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大;当温度大于420℃时,应变硬化指数n受温度和应变速率影响较小;温度为500℃、应变速率为0.001s-1时,其应变速率敏感性指数m达到0.3036;可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦形式来描述6016铝合金热压缩变形时的流变应力行为;拟合曲线与实验曲线能很好吻合.     

挤压态AZ31镁合金的疲劳行为研究

通过外加总应变幅控制的疲劳试验和断口形貌分析,确定了挤压态AZ31镁合金的循环应力响应行为、循环变形行为、疲劳寿命行为和疲劳断裂机制。结果表明,在外加总应变幅控制的疲劳加载条件下,挤压态AZ31镁合金呈现明显的循环应变硬化现象和拉-压不对称循环变形现象,其弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式来描述,断口上的疲劳裂纹的萌生和扩展均以穿晶模式进行。     

{1012}拉伸孪晶对AZ31B镁合金动态力学行为及应变速率敏感性的影响

采用分离式Hopkinson压杆和反射式拉杆装置在室温对挤压态AZ31B镁合金进行了动态压缩和拉伸试验,分析了AZ31B镁合金沿挤压方向压缩和拉伸时的不对称性和应变速率敏感性.结果表明:沿挤压方向压缩时,拉伸孪晶{1012}<1120>首先启动,屈服强度对应变速率不敏感;沿挤压方向拉伸时,拉伸孪晶不能启动,位错滑移参与变形,应变速率敏感性有所提高;由于拉伸孪晶只能单向启动,AZ31B镁合金在挤压方向的动态拉压不对称性显著.     

Crystallographic Analysis of Fatigue Crack Initiation Behavior in Coarse-Grained Magnesium Alloy Under Tension-Tension Loading Cycles

Plane bending fatigue tests are conducted to investigate fatigue crack initiation mechanisms in coarse-grained magnesium alloy, AZ31, under the stress ratios R = ?1 and 0.1. The initial crystallographic structures are analyzed by an electron backscatter diffraction method. The slip or twin operation during fatigue tests is identified from the line angle analyses based on Euler angles of the grains. Under the stress ratio R = ?1, relatively thick tension twin bands are formed in coarse grains. Subsequently, compression twin or secondary pyramidal slip operates within the tension twin band, resulting in the fatigue crack initiation. On the other hand, under R = 0.1 with tension-tension loading cycles, twin bands are formed on the specimen surface, but the angles of those bands do not correspond to tension twins. Misorientation analyses of c-axes in the matrix grain and twin band reveal that double twins are activated. Under R = 0.1, fatigue crack initiates along the double twin boundaries. The different manners of fatigue crack initiation at R = ?1 and 0.1 are related to the asymmetricity of twining under tension and compression loadings. The fatigue strengths under different stress ratios cannot be estimated by the modified Goodman diagram due to the effect of stress ratio on crack initiation mechanisms.     

铸造镁合金疲劳研究现状

归纳了典型铸造镁合金的疲劳强度和疲劳寿命研究现状,介绍了铸造镁合金疲劳裂纹的萌生及扩展机制,以及基体组织、晶粒尺寸、第二相、铸造缺陷和工作环境等多种因素对镁合金疲劳性能的影响规律,总结了提高镁合金疲劳性能的方法,最后对铸造镁合金疲劳方面的研究进行了展望。     

AZ91HP镁合金疲劳裂纹扩展行为与断裂机理

试验分析了AZ91HP镁合金在压铸态(F)、固溶状态(T₄)和固溶-时效状态(T₆)的裂纹扩展行为,并探讨了压铸态镁合金疲劳断口组织特征与裂纹扩展机制。结果表明:压铸态AZ91HP-F疲劳裂纹扩展行为与ΔK值的大小有关,ΔK值越小,断口越平滑,ΔK值越大,断口越粗糙;裂纹扩展过程存在塑性诱发裂纹闭合效应,这一效应使得裂纹扩展的K_op值增加,ΔK_eff值减小,并使疲劳裂纹扩展速率与合金塑性有关,由于AZ91HP的塑性依T₆、F、T₄状态依次增加,导致裂纹扩展速率依次降低。     

Deformation Behavior of AZ31 Magnesium Alloy During Tension at Moderate Temperatures

The mechanical properties and deformation mechanisms have been studied by tension testing at temperatures between 373 and 523 K and at strain rates ranging from 10⁻¹ to 10⁻³ s⁻¹. The experimental results show that the plasticity improves significantly with temperature and decreases obviously with increasing strain rate. When the temperature is below the recrystallization temperature, twinning and dislocation slip have been proven to be the dominant model of plastic deformation. With the temperature increasing, some DRXed grains can be observed at the twinned regions and grain boundaries, suggesting that both twinning-induced DRX and continuous DRX occurred in the deformation process.     

MB15镁合金半固态压缩力学行为研究

通过MB15镁合金半固态等温压缩试验，研究了半固态材料的力学行为，提出了触变强度是半固态金属在稳态变形过程中触变点的应力，即半固态金属固体骨架所能承受的最大正应力，并分析了加热温度、应变速率、保温时间、固相晶粒大小、晶粒圆整度及材料本身的强度等因素对半固态触变强度的影响，提出了触变强度的存在条件。结果表明，半固态触变强度随着加热温度的升高、应变速率的降低及保温时间的延长而降低，随着固相晶粒的减小、晶粒圆整度的增加及材料本身强度的增加而增加；当半固态材料内部的固相颗粒相互连结形成固体骨架时，存在触变强度。     

Mg-Mn-Pb铸造合金在力学环境下的行为研究

试验研究了Pb对镁锰合金力学性能的影响。拉伸实验表明,一定量的元素铅会明显提高镁锰合金的力学性能。     

压铸态Mg-7Al-0.5Y合金的低周疲劳行为

研究了压铸态Mg-7Al-0.5Y合金在全反向总应变模式控制下的低周疲劳行为。结果表明,在所采用的不同外加总应变幅下,压铸态Mg-7Al-0.5Y合金均可呈现循环应变硬化,且在0.9%的外加总应变幅下,合金在疲劳变形期间发生了动态应变时效;合金的弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间的关系可分别由Basquin和Coffin-Manson描述。断口形貌的扫描电子显微分析揭示,低周疲劳加载条件下,对于压铸态Mg-7Al-0.5Y合金而言,疲劳裂纹以穿晶方式萌生于疲劳试样表面,并以穿晶方式扩展。     

AZ31镁合金在人工血浆中的动态降解行为

通过AZ31镁合金在人工血浆中的浸泡实验和动/静态降解析氢实验,研究了AZ31镁合金的动态降解行为。人工血浆溶液的循环更新对镁合金的降解具有一定的影响,溶液的更新可以保持其pH值的稳定,促进镁合金的降解;在动/静态降解析氢实验中,对镁合金表面降解形貌的扫描电镜(SEM)观测表明,镁合金在动态实验中除了点腐蚀行为外,还存在冲刷腐蚀。由析氢速率对比结果显示,镁合金在人工血浆中动态实验比静态实验的降解速率更快。     

应变路径变化对AZ31镁合金力学行为的影响

以挤压态AZ31镁合金棒材为原材料,在室温下沿着∥ED和⊥ED的方向进行预变形实验,模拟二辊皮尔格冷轧过程中减壁段横截面瞬时变形应力状态,接着对预变形试样取样进行二次压缩,利用电子背散射衍射（EBSD）对2次变形之后的微观结构进行表征。研究了应变路径变化情况下组织和织构对力学行为的影响。结果表明,预变形使AZ31镁合金的屈服强度提高,其主要原因是预变形产生的拉伸孪晶导致晶粒细化和位错密度增加。并且孪晶的出现会改变晶粒的取向,基面织构弱化（或孪生织构增强）在改善AZ31镁合金力学性能方面可能起到更重要的作用。∥ED-3%和⊥ED-3%试样的屈服强度分别提高了66.7%和6.6%。     

半固态镁合金AZ61压缩变形力学行为的研究

采用Gleeble1500热模拟试验机,通过对用应变诱发熔体激活法（SIMA）制备的AZ61半固态镁合金坯料进行单向、等温压缩试验,研究高固相率下半固态AZ61镁合金的力学特性,研究其主要热力参数应变速率ε′、固相率fS等与其应力之间的关系。得到了真实应力-应变关系曲线,分析了其应力-应变关系的力学行为意义和触变应力的力学意义。实验结果表明,当固相率较高,固相颗粒互相连接构成骨架时,存在触变应力,且触变应力随着加热温度的升高、应变速率的降低而降低。     

挤压态AZ31B镁合金动态拉压不对称性分析

为了研究挤压态AZ31B镁合金在高应变速率下的拉压不对称性,对挤压态AZ31B镁合金进行了织构分析.采用分离式Hopkinson压杆和反射式拉杆装置分别沿挤压方向和垂直挤压方向进行了动态压缩和拉伸试验,应变速率范围在500～2650 s-1之间.结果表明,由于在挤压过程中形成了基面织构,沿挤压方向压缩时,拉伸孪晶{1012}<1120>容易启动,屈服强度对应变速率不敏感,且屈服强度较低;沿挤压方向拉伸时,拉伸孪晶不能启动,压缩孪晶{1011}<1120>和非基面滑移是其主要的塑性变形机制,合金屈服强度较高;合金在压缩和拉伸时表现出很强的拉压不对称性,压缩屈服强度与屈服强度的比值约为0.30.垂直于挤压方向拉伸和压缩时,没有表现出拉压不对称性.     

GH3030合金在不同应变比下的疲劳行为及计算机辅助分析

研究了GH3030合金在0.1和-1.0应变比下的高温低周疲劳行为。结果表明,应变高时会有循环硬化出现,应变低时会先软化后硬化。两种应变比下有比较接近的应变滞后回线,并且高温低周疲劳寿命差别也不明显。不论应变比是多少,都有轮胎花样出现。     

不同工况下转台动静态特性分析与轻量化设计

针对某大型加工中心转台的结构特点,建立其有限元模型,进行动静态特性分析、轻量化设计与验证.对转台在不同工况下进行强度分析与模态分析,获取转台的应力分布状况,结果表明构件强度足够,可通过结构优化进行轻量化设计.结合灵敏度分析与拓扑优化的结果,提出转台轻量化设计方案,转台优化后减重达6.5％.通过对比优化前后转台在不同工况下的强度、模态特性,验证了优化方案的可行性.     

7075铝合金高温流变行为的研究

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上进行高温压缩变形实验，研究了7075铝合金在高温塑性变形过程中流变应力的变化规律。实验在温度为250－500℃、应变速率为0．05－50s^-1的条件下进行。结果表明：应变速率和变形温度的变化强烈影响着合金流变应力的大小，流变应力随变形温度升高而降低，随就变速率提高而增大，可用ZenerHollomon参数的双曲正弦形式来描述7075铝合金高温压缩变形时的流变应力行为。