6061铝合金断裂机理的原位拉伸研究

用SEM-520原位拉伸试验对不同应力状态下6061铝合金试件的断裂过程进行研究.结果表明,不同应力状态下的铝合金试样在拉伸过程中其表面均产生了大量的滑移带,但断裂机理不同.随着三轴应力度的降低,断裂从韧窝聚合型混合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;6061铝合金晶界处为最薄弱环节,微裂纹形核于晶界,随载荷的增加,微裂纹长大和扩展.微裂纹之间通过扩展或剪切而连接导致试样断裂;试样最小断面上的三轴应力度越小,试样断口的两个面上韧窝的取向就越明显,断口越光滑.     

全层TiAl基合金平板拉伸连续卸载试验

对TiAl基合金在经历多次拉伸卸载以后宏观性能和微裂纹面密度的变化进行了详细研究.结果表明:在载荷控制下的试验中,随着卸载应力的增加,裂纹面密度并没有增大,即在这种加载方式下材料损伤程度并不能用微裂纹面密度来衡量.在载荷控制连续加载-卸载过程中,弹性模量并没有降低,说明微裂纹损伤引起的体积效应在此过程中比较弱.当在较高应力下卸载时,断裂应力σf、断裂应变εf和单位面积断裂功Uf开始减小,这是因为微裂纹损伤引起的面积效应仅仅表现在断裂面上,所以在此过程中面积效应较为明显,导致断裂应力降低.     

全层状TiAl基合金拉伸试验断裂过程及机理

通过对全层组织TiAl基合金不同缺口试样进行原位拉伸试验,结合数据分析以及断口形貌的观察,研究TiAl基合金拉伸的断裂过程和断裂机理.研究发现在原位拉伸试验中,对于直缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹(沿层裂纹)首先起裂、扩展、连接,然后形成解理断裂起裂源.这一起裂源形成的同时,在刚好能满足Griffiths脆性解理断裂所需要的临界裂纹尺寸时,引起整个试件发生脆性解理断裂.裂纹首先起裂于层间,层间是薄弱环节,断裂方式是穿层断裂和沿层断裂的混合体,以穿层断裂为主.对于大圆弧和平板试样,这种材料的断裂过程是:首先在较高外加载荷下,在标距范围内比较薄弱的区域沿层开裂,随着外加载荷的进一步增加,这些微裂纹扩展,当微裂纹引起的应力集中和外加载荷共同作用足以引起微裂纹进一步贯穿的瞬间,即能量积累到一定程度时,试样整体发生解理断裂.很多试样的断裂是直接起裂的过程,一旦产生裂纹试样立即解理断裂,即这种材料的强度较高,材料很难产生裂纹,也不易损伤.     

6063铝合金在不同应力状态下的变形及损伤行为

用平板拉伸、缺口拉伸、剪切试验结合断口形貌观察及有限元模拟等方法,对6063铝合金在三种不同应力状态下的变形及损伤行为进行了研究.结果表明:在不同应力状态下该合金的变形及损伤行为存在明显的差异,剪切时材料的断裂应变远大于平板和缺口拉伸时的,而缺口拉伸时材料的屈服强度及峰值应力大于平板拉伸时的;平板拉伸时试样为拉剪混合型断裂,断口由一定比例的韧窝和剪切平面组成;缺口拉伸时试样有明显的颈缩,断口以韧窝为主;剪切断口以剪切平面为主;损伤行为的有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

Q345R拉伸过载作用下裂纹扩展行为的影响因素研究

针对部件服役过程中,在常幅循环加载中引入单个拉伸过载作用的行为,研究过载比、应力比和试样厚度对单个拉伸过载后的裂纹扩展行为和疲劳寿命产生的影响。采用Q345R标准紧凑拉伸试样为研究对象,开展不同过载比、应力比和厚度条件下,在常幅加载过程中引入单个拉伸过载作用下疲劳裂纹扩展行为的试验。试验结果表明:在保持应力比、过载比和试样厚度中的任意两个条件一致的情况下,过载比越大,迟滞效应越明显;应力比越高,迟滞效应越弱;试样厚度增加,迟滞效应减弱。利用半幅降载勾线法,研究由过载引起的沿试样厚度方向的裂纹扩展形貌的变化,并一定程度上解释了厚度效应对过载行为的影响。根据试验和分析结果,对于Q345R在实际服役过程中的寿命评定起重要作用。     

X80管线钢焊接接头TEM观察下的断裂行为对比

对X80管线钢焊接接头3个区域的试样在透射电子显微镜（TEM）下进行原位拉伸试验,通过观察各个区域裂纹的萌生与扩展过程,对其微观断裂行为进行了研究和分析。结果表明：母材区中,裂纹萌生扩展主要以多裂纹起裂为主,表现为沿晶扩展的断裂形式,最后造成在切应力作用下的剪切脆性断裂;热影响区内,主裂纹首先在切应力作用下以45°方向起裂,整个扩展过程是主裂纹钝化、位错发射、主裂纹前方无位错区形成、微裂纹形核、主裂纹与微裂纹连接扩展这一多尺度过程不断重复的过程,最后导致准解理穿晶断裂;焊缝区中,从主裂纹分支出多条裂纹,裂纹均以与拉伸轴成45°的方向起裂,表现为沿晶与穿晶混合的断裂模式,最后造成穿晶脆性解理断裂。     

非均质焊接接头断裂行为预测研究

基于局部法定量研究了焊接接头中强度匹配、试样几何形式对接头断裂行为的影响。首先由标准三点弯曲试样的断裂韧度值,得出反映材料脆性断裂的控制参量,再根据该参量对不同接头强度匹配下三点弯曲和双边裂纹拉伸试样的断裂行为进行了定量预测,当考虑由于延性裂纹扩展所造成的应力升高后,其结果与试验结果相当吻合。表明局部法能很好地描述材料的断裂行为。     

酸性介质中双相不锈钢与铁素体不锈钢的应力腐蚀研究

采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)、扫描电镜(SEM)断口分析以及金相显微组织分析等方法对TP405铁素体不锈钢及2205双相不锈钢在酸性介质中应力腐蚀开裂(PSCC)行为进行了研究.并评定铁素体不锈钢与双相不锈钢在酸性介质中应力腐蚀开裂的敏感性.为在酸性介质中选择容器用钢提供依据.结果表明,拉伸试样全部断裂在焊缝或热影响区.试样断口形貌呈准解理断裂和韧性断裂.2205双相不锈钢的应力腐蚀敏感性比TP405铁素体不锈钢低.     

温度和加载方向对挤压态AZ31镁合金动态压缩行为及显微组织的影响

利用分离式Hopkinson压杆系统对具有混晶组织的挤压态AZ31镁合金在高温下的动态压缩行为进行了研究,分析了显微组织在动态压缩前后的演变,讨论了试验温度和加载方向对动态压缩行为和组织的影响。结果表明:加载方向与挤压方向平行时,其真应力-应变曲线随温度升高呈下降的趋势;加载方向垂直于挤压方向在200℃以上压缩时,温度对真应力-应变曲线的影响不明显;在压缩变形过程中,动态再结晶伴有孪晶形核和位错形核机制;随温度的升高,变形机制由孪生逐渐转变为滑移,加载方向垂直于挤压方向的试样转变得更为明显;在300℃压缩变形时,原始的混晶组织得到显著细化。     

基于改进GTN损伤模型的镁合金镦粗成形损伤及裂纹预测研究

镁合金在成形过程中极易产生开裂，精准的损伤预测可以为塑性成形工艺提供理论支撑。为此，基于含连续介质剪切损伤因子的Gurson-Tvergarrd-Needleman(GTN)损伤模型被应用于预测镁合金成形时的损伤演化，通过压缩试样的力-位移曲线标定了AZ31B镁合金的流动应力和剪切损伤参数，预测并验证了AZ31B镁合金在镦粗工艺下的表面损伤及开裂，扩展了模型对低应力三轴度下的成形工艺损伤预测的适用性。在此基础上，对AZ31B镁合金在受压条件下损伤成因、裂纹扩展进行了分析。结果表明，随着压缩位移的增加，镁合金侧面中心区域的切应力不断增加，在此作用下基体内部孔洞沿非垂直压缩方向伸长、聚合，最终形成宏观裂纹；镦粗后的试样侧面裂纹走向与垂直压缩方向所成角度范围为34°～46°，改进的GTN模型模拟结果为44°～54°，原始GTN模型模拟结果均呈90°；改进后的GTN模型可应用于预测镁合金在轧制、热冲压等工艺下的损伤演化行为，为后续工艺优化奠定基础。