锆-4合金低周疲劳断口裂纹扩展能量及分形特征研究

对锆-4合金低周疲劳裂纹扩展过程进行了探索性的研究。通过分析锆-4合金低周疲劳断口在裂纹扩展方向上能量及分形维数变化趋势，发现锆-4合金动态裂纹扩展中扩展期由3个阶段组成，每一阶段的能量和分形维数都不同。A-B段的能量最小，归一化值为0-0．0156，A-B段的分形维数居中，在工工方向均值为2．2796，标准差为0．0277，在LH方向均值为2．4516，标准差为0．0592。D-E段能量远大于A-B段，归一化值为0．8754～0．9652，但分形维数最小，LL方向均值为2．2214，标准差为0．0131，LH方向均值为2．3477，标准差为0．0550。F-H（或G-H）段能量最大，归一化值达到1，同时分形维数也达到最大，LL方向均值为2．3414，标准差为0．0704，LH方向均值为2．5398，标准差为0．0263。虽后，根据二次电子成像原理以及锆-4合金低周疲劳断口的形貌特征对此现象进行了初步分析。     

易切削钢冲击断口分维的随机分形分析

建立横向冲击时易切削钢裂纹扩展的随机分形模型，计算了冲击断口的随机分形维数Ｄ，比较和分析了Ｄ、非随机分形维数与实测分形维数。结果表明随机分形断裂模型与实验数据完全吻合。     

锆－4合金高温疲劳断口分形特征二次电子线扫描法研究

采用二次电子线扫描法研究了锆－４合金ＲＴ、４００℃和６００℃下疲劳断口分形特征，指出锆－４合金疲劳断口是一种与晶粒尺寸相当的材料组织层次上的分形结构；随着断口分形维数的增大，相应的疲劳寿命单调递增。认为相同循环塑性应变幅下，随着试验温度升高，疲劳过程中蠕变作用加强，断口表面蠕变空洞和二次裂纹数量明显增加，断口表面粗糙度增加是疲劳断口分形维数增大的原因。     

焊接接头低周疲劳损伤分形演化模型

用宏观与微观相结合的方法研究焊接接头疲劳损伤演变规律。认为焊接接头疲劳裂纹扩展路径在一定尺度范围内具有分形特征。用分形几何学方法建立裂纹扩展模型，将断裂力学的概念运用到损伤力学演化规律研究中，给出分形有效应力强度的表达式以及损伤演化率方程，推导出损伤演变方程，为从微观层次定量描述焊接结构疲劳断口特征及宏观疲劳断裂特性提供了一种新方法。     

超高强度钢应力腐蚀断口的分形维数研究

用垂直剖面法测定了30CrMnSiNi2钢在去离子水中应力腐蚀开裂断口的分形维数。结果表明,在裂纹扩展过程中裂纹尖端塑性区保持很小的条件下,应力腐蚀开裂形成的断裂表面的分形维数与断面的有效表面能密度γ_p之间有正的变化关系。在本工作试验条件下,应力腐蚀开裂过程是使断裂表面增维的过程。文中分析了失稳扩展区断裂表面的分维比紧邻的亚稳扩展区表面的分维低的原因。     

大直径钛铸锭的轧制开坯工艺

采用二次电子线扫描法研究了锆－４合金ＲＴ、４００℃和６００℃下疲劳断口分形特征，指出锆－４合金疲劳断口是一种与晶粒尺寸相当的材料组织层次上的分形结构，随着断口分形维数的增大，相应的疲劳寿命单调递增，认为相同循环塑性应变幅下，随着试验温度升高，疲劳过程中蠕变作用加强，断口表面蠕变空洞和二次裂纹数量明显增加，断口表面粗糙度增加是疲劳断口分形维数增大的原因。     

Ti_3Al＋Nb在甲醇中沿相界的应力腐蚀SCIEI

研究了Ｔｉ－２４Ａｌ－ｌｌＮｂ合金中Ｔｉ３Ａｌ＋Ｎｂ金属间化合物在甲醇溶液中的应力腐蚀及室温氢致开裂的规律，探讨了组织结构的影响．结果表明，Ｔｉ３Ａｌ＋Ｎｂ在甲醇溶液中应力腐蚀敏感性很高，不向组织应力腐蚀断裂归一化门槛值为而ｋ（ＩＳＣＣ）／ＫＣ＝０．５３－０．６９；应力腐蚀裂纹止裂门槛值为Ｋ（ＩＳＣＣ）／Ｋ（ｌｉ）＝０．６１－０．７９．Ｔｉ３Ａｌ＋Ｎｂ在室温动态充氢时能发生氢致开裂，门槛值和应力腐蚀相近，但裂纹扩展速率或断裂时间比应力腐蚀要慢１－３个数量级．两者断口形貌也不相同．发现了相界应力腐蚀现象．对固溶后炉冷试样，当ＫＩ较低时，应力腐蚀裂纹优先沿α２／β相界形核和扩展，从而获得相界应力腐蚀断口．如固溶后空冷或ＫＩ较高，则不出现相界应力腐蚀．     

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 通过断口分析、低倍检验、高倍组织以及模拟热处理人工断口观察等实验对模具钢在热处理裂纹成因进行了分析。分析表明，模具钢裂纹是在淬火过程中扩展形成的，钢中的白点缺陷和超尺寸夹杂物是引发淬火扩展裂纹的主要原因。由于钢模块在缺陷和裂纹形成后又经历了不同的热处理阶段并在室外放置了较长时间，原始实物断口不可避免的发生一些破坏给断口分析带来一定的困难。本文采用模拟热处理人工断口的方法，即在与钢模块类似的热处理制度下加热人工断口，观察加热温度对断口花样钝化的影响，并与实物断口进行比较，由此判断白点裂纹和淬火扩展裂纹的形成阶段。这种实验分析方法针对工件裂纹受到高温作用影响而使断面发生损坏的裂纹成因失效分析具有一定的推广应用价值。     

不锈钢在扭转/拉伸复合载荷下的低周疲劳裂纹扩展

研究了从SUS316NG不锈钢圆捧试样的环状预裂纹开始的低周疲劳裂纹扩展行为，分析了扭转／拉伸复合加载时不同载荷比对弹塑性疲劳裂纹扩展的影响．用J积分的指数方程表达了简单加载及复合加载的裂纹扩展速率．对于同样的J积分范围值，Ⅰ型载荷下的裂纹扩展速率最高，而Ⅲ型载荷下的速率最低．裂纹断口在高应力水平下为宏观平坦，在复合加载条件下的疲劳断口上观察到了疲劳条痕，同Ⅰ型加载条件下的相同，疲劳条痕间距与裂纹扩展速率二者数值相等．     

300M超高强度钢应力腐蚀敏感性及断口的分维特征

用ＷＯＬ试样研究了３００Ｍ钢在３５％ＮａＣｌ水溶液中的应力腐蚀开裂（ＳＣＣ）特性及阴极极化（偶锌）的影响，并用垂直剖面法测量了断口的分形维数。结果表明，３００Ｍ钢对中性ＮａＣｌ水溶液应力腐蚀敏感，阴极极化（ＣＰ）明显降低临界应力强度因子，但同时也使平台区裂纹扩展速率（ｄａ／ｄｔ）Ⅱ显著减小。在本文实验条件下；，断口表面为一近似分形结构，ＳＣＣ过程是使断裂面降维的过程，在临界应力强度因子附近，自然腐蚀电位（ＦＣＰ）与ＣＰ条件下的断口分维值接近，ＣＰ条件下试样中部与近表面断口分维值相近。     

分形下材料裂纹的临界表面能

分形理论在金属断裂分析方面的应用越来越广,针对材料裂纹临界表面能与实际表面能存在较大误差的现象,分析并修正了临界表面能与分形尺度的关系.将裂纹临界表面能准则的裂纹平直路径扩展假设修正为分形路径扩展,采用分形理论建立了沿晶断裂、穿晶断裂、沿晶和穿晶混合断裂的分形模型,并根据自相似性分别计算其Hausdorff维数.最后在...     

金属断裂表面的分形(Fractal)与断裂韧性

本文借助于图象分析技术使用Slit island方法研究了两种高强度钢不同热处理制度和不同试验温度条件下平面应变断裂表面的分形维数.结果表明,断裂表面是一种分形结构,断裂韧性K_(IC)值的对数随分形维数D_F增加成单调下降的直线关系.这种关系反映了不同热处理制度所引起的材料微观结构变化和不同试验温度所引起的断裂机制变化,D_F可以做为金属断裂韧性的一种度量。最后,用临界裂纹扩展力与不规则断裂表面真实面积之间的关系对结果进行了理论分析.     

系列示波冲击断口三维形貌几何特征和断裂性能

应用示波冲击试验技术测量了Ｐ４６０ＮＬ１钢不同温度系列下的动态断裂性能。利用扫描电镜立体对技术,图像处理与分析和计算视觉方法对示波冲击断口形貌进行了三维重建和定量分析。     

FRACTAL GEOMETRY STUDY OF CORRELATION BETWEEN IMPACT TOUGHNESS OF STEEL AND PARAMETERS OF FREE-CUTTING PHASE

Studies were made of the calculation of fractal dimension of transverse impact fracture sur-face,and of the correlation between impact toughness of steel and parameters of free-cuttingphase by means of the developed fractal geometry model of crack propagation.It is believedthat the area fraction,f,of free-cutting phase is negligibly influential to the longitudinal im-pact toughness,as f1 .While the aspect ratio,saying ratio of length to width,of free-cut.ting phase is inversely influential to the transverse impact toughness.This may .be the reasonwhy the transverse impact toughness of free-cutting steel containing more rare earth contrastto sulphur is even higher than the low sulphur containing steel.     

Hidden order in the fracture surface morphology of metallic glasses

We report the fractal nature of dimple structures on the fracture surface of various metallic glasses (MGs) with significantly different mechanical properties. The analyzed fractal dimension increments of MGs lie in a narrow range of 0.6–0.8. The results indicate that the MGs with marked differences in plasticity and toughness may have a unified local softening mechanism and similar nonlinear plastic behavior in front of the crack tip during fracture. We present a physical picture for the dimple structure formation from the plastic zone in front of the crack tip. The evolution of the plastic zone from the interaction of the shear transformation zones is theoretically modeled as a stochastic process far from thermodynamic equilibrium, and the model can capture the formation and fractal nature of the dimple structures on the fracture surface of metallic glasses.     

Examination of melting characteristics of pure titanium and welding procedure conditions. Welding of pure titanium,and joint performance (Report 1)

The results of investigations of special features of fatigue failure of the metal of welded joints using the new methods of fractal analysis of the fracture surfaces in metals science of welding are presented. The fractal dimension of the fracture surface is determined and its relationship with the kinetic characteristic of the process – the fatigue crack growth rate – is investigated. The relationships governing the effect of the composition of electrode coatings on the fatigue fracture characteristics are determined.     

Grain boundary engineering based on fractal analysis for control of segregation-induced intergranular brittle fracture in polycrystalline nickel

The effect of grain boundary microstructure on the fracture resistance of sulfur-doped polycrystalline nickel was investigated using specimens with different grain boundary microstructures to reveal the usefulness of grain boundary engineering for control of segregation-induced intergranular brittle fracture of polycrystalline materials. The sulfur-doped polycrystalline nickel specimen with more homogeneous fine-grained structure and a higher fraction of low-Σ coincidence site lattice (CSL) boundaries shows higher fracture resistance than the specimen with coarse-grained structure and a lower fraction of low-Σ CSL boundaries. It was found that high-energy random boundaries play a key role as the preferential crack path in fracture processes. The resistance to sulfur segregation-induced intergranular brittle fracture was evaluated by analyzing the fractal dimension of random boundary connectivity in the polycrystalline nickel specimens studied. The fractal dimension of random boundary connectivity decreases with increasing fraction of low-Σ CSL boundaries, resulting in the generation of a higher fracture resistance by restricting more frequent branching and deflection of propagating crack path along random boundaries from the main crack.