一种新的材料动态性能测试方法及材料动态损伤的初步探讨

本文介绍了利用液气高速锤作为加载装置对材料动态压缩性能进行测试的方法、原理及对几种金属材料进行测试的结果,并对材料在这种载荷作用下内部组织的损伤情况进行了研究。指出金属材料(以45钢为例)在应变率为10~(-3)/s下的损伤仍然是一个受位错运动控制的内部微孔洞的产生、扩展和连接的过程。     

基于位错密度理论的Q550D钢动态软化及加工硬化行为

针对Q550D超低碳贝氏体钢,通过热压缩实验建立了应变硬化曲线。并通过分析临界应变与峰值应变的关系、稳态流变应力和动态回复应力与峰值应力的关系,建立了位错密度模型。将位错密度模型和元胞自动机法相结合,对Q550D钢热变形行为进行了数值分析。结果表明,在相同的形变量下,应变速率较大时,位错密度高,动态再结晶形核率大,晶粒尺寸小。并且,模拟结果与实验结果吻合,说明计算模型具有较高的精度。     

次表面偏折裂纹尖端力学行为的分布位错理论分析

目的 在复杂载荷作用下,采用理论方法求解半无限大平面内次表面偏折裂纹的力学性质.方法 根据叠加原理把问题分成两部分,其一采用弹性力学,其二采用分布位错原理,并利用Gauess-Chebyshev数值求解法进行求解,二者联合求解力学参量.结果 得到了偏折裂纹在相应偏折角下,不同深度、长度比、载荷比对裂纹尖端应力强度因子(SIF)的影响曲线,并分析在此工况下裂纹的扩展方向.应力强度因子,会随着偏折部分长度的增加而增大,随着裂纹埋置深度的增加而减小,随着裂纹横、剪载荷比的增加而增大.裂纹会沿着顺时针方向扩展并随着偏折角的增大而增大,靠近表面的一侧更容易发生扩展.结论 载荷比、裂纹埋置深度以及长度比较大时,裂纹更容易向表面扩展,从而形成开放裂纹,裂纹沿着顺时针方向扩展,且随偏折角的改变而改变.     

纯锆的动态力学行为及绝热剪切带

使用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对纯锆在室温下进行动态压缩实验,应变速率为800～4000 s-1。采用金相显微镜和Quanta200型扫描电子显微镜对绝热剪切带及压缩断口进行观察。结果表明,纯锆具有较低的应变速率敏感性,由于高应变条件下产生了高密度的孪晶,材料硬化显著增强,真应力-真应变曲线随应变增加呈上升趋势,最大抗压强度为843 MPa。纯锆试样中观察到明显的绝热剪切带,且沿剪切带出现裂纹,压缩断口呈韧性断裂。绝热剪切带的出现和发展是材料失效的主要原因。对剪切带内部的温度进行了估算,结果表明,纯锆剪切带内部最高温度为1564℃。     

基于分布位错法对涂层裂纹力学行为的研究

目的 在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法 根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解。结果 得到了不同涂层模量、不同裂纹长度下表面裂纹尖端的应力强度因子（SIF）和涂层界面应力。涂层与基底模量相差越大,表面裂纹越长,其界面应力越大。计算了不同方位下的微裂纹对表面裂纹的影响,给出了60°倾角微裂纹、2l/h=0.2和2l/h=0.04表面裂纹以及2a/h=0.01和2a/h=0.018表面裂纹的影响区域。分析了涂层内部倾斜裂纹对表面裂纹应力强度因子和扩展角的影响。内部倾斜裂纹尖端对表面裂纹尖端的等效应力强度因子（ESIF）有增强作用,两侧有减弱作用。结论 较硬涂层对表面裂纹的扩展有增强作用,裂纹越长,受涂层模量对其应力强度因子的影响越大。微裂纹对表面裂纹的影响跟微裂纹位置、方向、长度和表面裂纹长度有关。表面裂纹附近的倾斜裂纹对表面裂纹的扩展具有吸引作用。     

一种新型锆钛合金的动态力学行为研究

通过对一种新型锆钛合金在室温下的准静态压缩和不同温度下的动态压缩实验,发现该合金在准静态和动态压缩条件下均具有良好的强度和塑性,且随着应变速率的增加和温度的降低,合金强度升高,塑性下降.基于Johnson-Cook模型,建立了该锆钛合金动态压缩下的本构关系.     

HST2425钛合金动态力学行为及本构模型

使用电子万能试验机和分离式霍普金森杆装置(SHPB)研究了HST2425钛合金在温度为293～673 K、应变速率为0.0001～6500 s^-1下的准静态和动态力学性能。结果表明,HST2425钛合金的最大应力和最大应变均随应变速率的增大而增加,但是应变速率超过3500 s^-1后最大应力的增加程度降低,在应变速率超过5500 s^-1后最大应变的增加程度也降低。随变形温度的升高,流变应力显著降低,并且温度和应变速率在动态压缩过程中具有交互作用。根据试验结果建立了HST2425钛合金的原始Johnson-Cook(J-C)模型及其修正模型,且修正模型与试验值的相关性比原始模型更好,表明修正模型在预测HST2425钛合金动态冲击变形行为方面具有更高的准确性和适用性。     

碳酸钙晶须增强聚醚醚酮自润滑复合材料的动态力学行为

利用热压成型法制备碳酸钙(CaCO3)晶须和聚四氟乙烯(PTFE)填充的聚醚醚酮(PEEK)基自润滑复合材料.用动态热机械分析仪测试了复合材料的动态力学性能.得到了储能模量、耗能模量及损耗因子随温度变化(25～300℃)的曲线,并和纯PEEK进行比较,分析填充组分对PEEK动态力学性能的影响.结果表明:CaCO_3/PEEK复合材料在玻璃化转变温度(Tg)以下的储能模量比纯PEEK大幅度提高,且随着晶须含量增加而增加;在Tg温度以上,CaCO_3/PEEK复合材料储能模量相对纯PEEK仍保持较高的水平,显著提高了复合材料的高温刚性和热变形温度.加入PTFE使CaCO_3/PEEK复合材料在Tg温度以下的储能模量有所降低,但在Tg温度以上没有衰退.CaCO_3晶须和PTFE的协同作用有助于提高PEEK自润滑复合材料的摩擦学性能.     

Ti75合金超塑压缩的力学行为及组织演变

采用压缩的方法对Ti75合金超塑变形时力学行为和组织演变进行了研究。结果表明,在800℃,5×10-4s-1以及850℃,1×10-1s-1的条件下,m值大于0.3,而900℃时,m值降低;在超塑变形初期由于动态再结晶和β相的扩散,实现板条组织的等轴化、细晶化、均匀化,使α晶粒得以进行滑动和转动,晶界运动成为主要变形机制;晶间β相对α晶粒的转动和滑动起着调节作用;而位错运动既是变形机制,又是晶界滑动的调节机制。     

氦原子对镍金属中刃型位错运动行为影响的原子模拟

应用分子动力学(MD)技术和改进分析型嵌入原子法(MAEAM)研究氦原子对镍金属中(a/2)?110?{111}刃型位错迁移行为的影响。首先通过计算晶格的Burgers矢量分布,确定两刃型分位错之间的平衡距离(Ded)约为25.95?,而它们之间的堆垛层错能(Esf)约为108 mJ/m2。然后研究He原子在晶格中不同位置的形成能(Ef),发现He原子在镍金属晶体的张力区域受到晶格的吸引,而其在压缩区域则受到晶格排斥。通过探讨 He 原子与刃型位错之间的相互作用发现,相比于置换He原子而言,间隙He原子对位错迁移行为的影响更强烈。最后,研究表明间隙He原子的迁移在第一个分位错跨过后表现更明显,同时刃型位错也为He原子迁移提供了更快速的扩散路径。     

Mg在铸造Fe3Al合金中的行为及其对力学性能的影响

研究了Mg在Fe_3Al合金中的分布及其对力学性能的影响适量的Mg(0.002wt-%)明显改善Fe_3Al的室温和高温力学性能Auger分析表明,Mg偏聚在晶界TEM观察发现,适量Mg增加晶界协调晶内变形的能力,使位错易于穿过晶界继续滑移变形SEM观察表明,Fe_3Al合金室温下均呈穿晶解理特征,裂纹源在晶界上     

MECHANICAL BEHAVIOUR OF GRAPHITE AND ITS ADJACENT ZONE TO MATRIX INTERFACE IN CAST IRON

The micro-processes on tensile deformation and fracture of graphite-matrix interface incast iron with ferrite matrix under SEM have been observed in situ.It was revealed thatthe graphite in cast iron would not be regarded as a cavity and not formed yet notchstress concentration.A new explanation on the effect of graphite on strength of cast ironwas suggested.     

铸铁中石墨及石墨—基体界面近区力学行为

在SEM下原位观察铁素体基铸铁在拉伸时的形变和石墨-基体(G—M)界面断裂微观过程,结果表明,铸铁中石墨不应视为孔隙;石墨未造成缺口应力集中对石墨对铸铁强度的影响作出新的解释     

声发射技术及其在金属材料领域的应用

声发射是一门正在发展中的新技术。由声发射信号的特征可关联到金属材料的塑性形变、断裂、相变,以及铁磁性金属材料的磁畴运动。由此阐述了声发射技术在材料科学的研究,金属构件与设备完整性动态检测,以及制造过程监控中越来越广泛的应用。     

力学探针在材料选区力学性能测量上的应用

介绍了力学探针的工作原理，并通过对不同应力状态下弹簧钢力学性能和TiN硬质薄膜力学性能的测量实例，展示了力学探针技术在材料选区力学性能评价上所具有的明显优势和广阔的应用前景。     

重轨钢中氢促进位错发射、运动以及氢致裂纹形核

用自制的恒位移试样在TEM中原位研究了充氢前后位错组态的变化以及氢致微裂纹形核和位错运动及无位错区（DFZ）的关系．结果表明,氢能促进位错发射、增殖和运动．当氢促进的位错发射和运动达到临界条件时,氢致裂纹就在DFZ中或原缺口顶端形核．这个过程和空气中原位拉伸相类似,但氢的存在使得在较低的外应力下氢致裂纹就能形核．     

重轧钢中氢促进位错发射,运动以及氢致裂纹形核

用自制的恒位移试样在ＴＥＭ中原位研究了充氢前后位错组态的变化以及氢致微裂纹形核和位错运动及无位错区（ＤＦＺ）的关系。结果表明,氢能促进位错发射、增殖和运动。当氢促进的痊错发射和运动达到临界条件时,氢致裂纹就在ＤＦＺ中或原缺口顶端形核。这个过程和空气中原位拉伸相类似,但氢的存在使得在较低的外应力下氢致裂纹就能形核。     

贝氏体球铁中位错密度的测定及其影响因素

采用Ｘ射线衍射法及新的线形分析理论，准确地测定了不同工艺条件下贝氏体球铁的位错密度．分析了化学成分、等温温度、回火处理及形变处理等与位错密度的关系．实验结果证明，位错密度的增加与贝氏体的晶粒细化伴生．     

冷变形多晶Cu的疲劳软化行为及其门槛

对预变形多晶Cu,在不同载荷下进行拉压对称的恒应力循环试验,比较了不同预变形对其饱和行为及位错组态的影响。结果表明,低应力幅下循环饱和行为仍与历史相关,疲劳后的位错组态具有“继承”性。计算不同载荷下的软化量并外推出疲劳软化门槛,约为流变应力的0.43—0.45左右,其值与低碳钢的几乎相同。本文还描述了循环过程的三个阶段,并对其机理进行了探讨。     

吸附促进位错发射、运动以及裂纹扩展的分子动力学模拟

根据反演法获得的对势和EAM多体势计算了纯Al位错发射的临界应力强度因子KIe以及Griffith裂纹解理扩展的临界应力强度因子KIG.结果表明,用对势算出的值和断裂力学计算结果更相近,因此,用对势来研究吸附的影响是可行的,分子动力学模拟表明,Ga吸附在裂纹表面将使KIG=0.42MPa.√m降至KIG^*=0.32MPa.√m,这表明吸附使表面能γ降至γ^*(=0.58γ）.Ga吸附使KIe=0.31MPa.√m降至KIe^*=0.24MPa√m;Ga吸附使位错运动的临界分切应力从Tc=2.05MPa降至Tc^*=1.82MPa.这就表明,Ga吸附后能降低Al的表面能,从而促进位错发射和运动。