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.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头变形及失效行为

使用搅拌摩擦焊（FSW）设备对厚度为6mm的7075高强度铝合金平板进行对接试验。设计出双径试样,采用液压伺服试验机对7075铝合金搅拌摩擦焊接头进行拉伸试验,并借助奥林巴斯显微镜和扫描电镜观察接头的变形及失效过程。结果表明,7075铝合金搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中出现双颈缩现象,颈缩首先在后退侧出现,随着加载的进行,前进侧也出现颈缩现象。微裂纹在接头中的前进侧和后退侧颈缩区内晶界处由微孔洞聚集产生。随着应变的增加,微孔洞数量明显增加,当应变足够大时,微孔洞连接形成微裂纹。微裂纹沿着与加载方向成45°向焊核区进行扩展,导致接头断裂,断裂位置位于接头中的焊核区,断裂方式为剪切断裂混合着微孔聚集型断裂。     

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。     

铝合金在两种应力状态下损伤机理研究

铝合金汽车构件在撞击的过程中,构件的应力状态各点均不相同,而且在撞击的过程中各点的应力状态随着时间变化而变化.为了研究铝合金构件在不同应力状态下损伤机理,采取了两种代表性的三轴应力状态,即缺口拉伸与纯剪切所产生的应力状态.研究结果表明缺口拉伸试验中,缺口根部产生相对较高的三轴应力,而且缺口根部明显产生微孔洞,随着应力的不断升高,微孔洞的体积分数不断增大.当达到材料的临界孔洞体积分数时,试样断裂;纯剪切试验中,三轴应力几乎等于0,在材料内部几乎没有产生微孔洞而产生了剪切带.剪切带在切应力的作用下变形不断增大,当到达材料的等效塑性断裂应变时,试样发生断裂;用Gurson损伤模型和剪切失效分别模拟缺口拉伸和剪切试验,试验的工程应力-应变曲线与模拟的工程应力-应变曲线拟合的很好.     

铝合金在两种应力状态下损伤机理研究

铝合金汽车构件在撞击的过程中,构件的应力状态各点均不相同,而且在撞击的过程中各点的应力状态随着时间变化而变化.为了研究铝合金构件在不同应力状态下损伤机理,采取了两种代表性的三轴应力状态,即缺口拉伸与纯剪切所产生的应力状态.研究结果表明:缺口拉伸试验中,缺口根部产生相对较高的三轴应力,而且缺口根部明显产生微孔洞,随着应力的不断升高,微孔洞的体积分数不断增大.当达到材料的临界孔洞体积分数时,试样断裂;纯剪切试验中,三轴应力几乎等于0,在材料内部几乎没有产生微孔洞而产生了剪切带.剪切带在切应力的作用下变形不断增大,当到达材料的等效塑性断裂应变时,试样发生断裂;用Gurson损伤模型和剪切失效分别模拟缺口拉伸和剪切试验,试验的工程应力-应变曲线与模拟的工程应力-应变曲线拟合的很好.     

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.     

6061铝合金冲击载荷作用下的变形断裂行为

利用常见的落锤冲击试验机和自行设计的夹具装置,研究6061铝合金材料在冲击载荷作用下的变形断裂行为。结果表明:6061铝合金受冲击载荷时的断裂行为与准静态拉伸相比无明显变化,损伤形式仍是由晶界处的微孔洞连接形成微裂纹,宏观上仍产生明显颈缩,试样的断裂面与拉伸轴方向大约成45°角。摆锤高度不同,试样表面的变形带不同,摆锤高度为141°时,出现了"白色变形带"。微观断口是由韧窝组成,冲击速度越大,韧窝越小。     

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3104铝合金板材的断裂行为

利用原位拉伸扫描电镜,观察并研究了3104铝合金冷轧板动态拉伸过程中裂纹萌生和裂纹扩展情况,讨论了裂纹萌生和扩展与板材微观组织之间的关系。结果表明：在拉伸过程中,裂纹起源于滑移带处,并沿滑移带扩展。裂纹扩展路径受拉伸应力状态以及板材内部晶粒和粗大第二相分布的影响。原位拉伸断裂模式为韧窝断裂和剪切断裂复合断裂模式,断口形貌受裂纹扩展应力状态的影响。     

高强钢拉伸样断口中心分层渐进失效分析

为探讨高强钢热轧板带在力学性能检验中出现严重的拉伸样断口中心分层现象,结合HG70C钢试验设计不同拉伸应力级别的试样,并通过金相检测和电镜观察拉伸样断口截面中心偏析带组织和裂纹的演变,从微观上分析拉伸样断口芯部分层的渐进过程,为改善钢材拉伸性能建立了实验依据。研究表明,中心偏析带颈缩阶段由于承受三向拉应力作用,导致珠光体带组织被拉长变细,并沿Z向扩展;分层断口裂纹是在应力加载过程中逐步产生的,当载荷超过屈服强度时,在芯部区域存在的大量铌钛夹杂物边缘处诱发微裂纹,随着拉伸应力的增大,微裂纹相互连接,形成裂纹孔洞贯通平台,最终产生层状分离断口。     

轻金属焊接变形检测与控制技术研究进展

随着工程结构向减重与节能方向发展,轻金属焊接结构在工程中得到越来越广泛的应用,轻会属焊接结构制造中焊接变形问题成为焊接领域的研究热点与共性课题,如何进行焊接变形的精确检测进而实现有效控制,成为重要的研究方向.该文结合在国家自然科学基金等项目的支持下本课题组在此领域取得的研究成果,综述了焊接变形检测与控制技术的研究现状与未来发展方向.     

变形参数对镁合金组织性能的影响

研究了变形温度和变形程度对铸态AZ31镁合金组织和性能的影响。结果表明，在变形程度一定时，随着变形温度的升高，晶粒有长大的趋势；而在变形温度一定时，随着变形程度的增大，再结晶程度增加(ε=2．87时已全为再结晶组织)，晶粒越细化，分布也越均匀；抗拉强度增量开始是逐渐增大的，但到一定程度时则出现峰值，以后不再增加。     

重熔温度对半固态AlSi7Mg合金变形性的影响

采用Ｇｌｅｅｂｌｅ １５００热模拟机对半固态ＡｌＳｉ７Ｍｇ合金触变压缩过程中不同加热温度的变形性进行研究。结果表明,保温时间为１０～３０ｓ,变形温度为５６９～５８３℃时,合金具有良好的可触变压缩性。在形变速率相同的条件下,随变形温度的升高,试样内部最大形变抗力及最大应力呈下降趋势。     

采用反变形提高6110柴油发动机缸盖气道位置精度

缸盖铸件在冷却过程中由于收缩不均匀产生变形，导致气道位置偏差。根据变形数据统计分析，在模具上添加了反变形量，解决了气道位置度超差问题。     

金属塑性接触变形和接触强度及其测定方法(三)

以前2篇论文的研究内容为基础(锻压技术2004年第5、6期),对金属塑性接触变形过程中的总变形力作了进一步的探讨,建立了塑性接触变形试验过程压力及变形应力与变形量的关系表达式,并运用塑性接触变形公式的实验验证验证了上述所求关系表达式的正确性。     

变形工艺对TC11钛合金超塑性的影响

为了研究TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)钛合金的超塑性变形行为,采用两种改锻工艺细化坯料原始组织,然后在电子拉伸试验机上分别以恒速、恒应变速率和最大m值法进行拉伸实验.结果表明,TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻工艺,可以获得晶粒度为6μm的细晶等轴组织,而在β区拔长改锻的组织为粗大的魏氏组织.在变形温度为900℃的条件下,TC11钛合金通过最大m值超塑变形方式获得了异常高的超塑性,最大伸长率达到2300%;而采用常规的恒应变速率和恒速超塑变形,伸长率分别为1147%和1100%.说明TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻细化晶粒后,以最大m值超塑变形是获得较好超塑性的有效方法.     

塑性变形对AZ31镁合金组织性能的影响研究

由于镁是密排六方结构,只有有限的滑移系,又缺乏有效的强化相,限制了镁合金的工程应用.本文通过不同温度下镁合金的塑性极限变形量来分析镁合金强度和塑性的影响因素.通过实验研究了塑性变形对AZ31合金组织和性能的影响.结果表明,在350℃下镁合金的极限变形量可达到79%,在不同压缩变形下,变形量越大,晶粒越细,分布越均匀.变形量达到70%时,晶粒尺寸基本为2～3 μm.     

金属表面形变纳米化对渗氮行为影响研究进展

表面形变纳米化技术通过外力作用使金属表面发生强烈塑性变形,形成梯度纳米-亚微米结构改性层,此独特的组织结构既能促进氮化过程,又益于形成优异的渗氮层,使金属材料整体综合性能和服役寿命显著提升,在诸多工业领域展示出良好的应用前景。表面形变纳米化因在促进渗氮中的学术和工业应用价值,已得到国内外学者广泛的关注。本文较全面地总结了表面形变纳米化对氮化促进行为方面的研究进展,并指出了存在的问题及未来发展趋势。     

变形温度对形变强化相变完成时临界应变量的影响

利用“形变强化相变”机制研究了低碳钢过冷奥氏体在740℃和780℃,10s-1变形时的变形温度对相变完成时临界应变量εc的影响。结果表明,变形温度对εc和组织演变的影响很大。在740℃和780℃变形时,εc分别为0.96和1.39,变形温度降低明显促进了相变。变形温度对εc的影响在组织演变上主要表现为铁素体形核地点的不同。740℃变形时,铁素体由奥氏体晶界形核过渡到以形变带形核为主,形核速率极高;780℃变形时,铁素体由奥氏体晶界形核过渡到在铁素体/奥氏体相界面前沿高畸变区快速形核。     

变形观测中的模式识别问题

回顾了变形观测数据处理理论的发展，分析了变形测量数据处理的程序，简明地剖析了各种方法的特点及不足，结合目前某些新的数据处理理论提出了几个变形分析理论中的模式识别问题，并就变形模式描述及模式分析的有关理论和方法在变形分析中的应用进行了综合性分析，引出了一系列值得进一步研究的领域。