微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响

利用不同奥氏体化温度和冷却速率对碳质量分数为0.54%高速车轮钢进行热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距微观组织的试样.在-120~20℃温度下对具有不同微观组织的拉伸试样和三点弯曲(3PB)缺口试样进行测试;采用二维平面应变有限元计算三点弯曲缺口试样缺口前的应力分布;利用扫描电镜对3PB试样断口进行观察并测量解理起裂源的位置;测定不同微观组织车轮钢试样的解理断裂应力.在扩展控制断裂机制下,微观组织对车轮钢的解理断裂应力具有明显影响,晶粒尺寸和珠光体片间距越小解理断裂应力越高.细化晶粒使未扩展微裂纹的特征长度减小,细化珠光体片间距有助于提高珠光体的有效表面能,从而使得解理断裂应力提高.     

恒位移速率下Fe—15Cr—25Ni合金蠕变裂纹扩展行为

在恒位移速率条件下研究了Ｆｅ－１５Ｃｒ－２５Ｎｉ合金的蠕变裂纹扩展行为，蠕变裂纹扩展分为慢速扩展阶段和稳态扩展阶段。稳态裂纹扩展由加载点位移速率控制，不受晶粒尺寸和温度因素的影响。在慢速扩展阶段，小晶粒具有较高的裂纹摭展抗力，计算出的裂纹扩展表观激活能低于蠕变激活能。断口分析表明：随晶粒尺寸的增大，温度的升高，加载点位移速率的降低，材料呈蠕变脆性断裂。     

TiAl基合金双态组织原位拉伸-卸载试验研究

通过对TiAl基合金不同类型的缺口试样进行原位拉伸-卸载实验及其SEM断裂表面观察,研究了TiAl基合金的断裂机理.研究发现,对于缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹首先起裂、扩展并最后断裂.对于双态组织,由于晶粒尺寸小,应力集中出现在缺口根部,裂纹沿晶粒边界和层间起裂并扩展,裂纹路径比较平直.在拉伸过程中,试样产生微裂纹导致材料发生损伤,随后卸载再加载时,与先前相比,裂纹更易扩展.预损伤加快了裂纹的产生和扩展,使损伤进一步加重,促使材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降.     

固溶温度和稳定化工艺对GH864合金疲劳裂纹扩展特征的影响

研究了不同固溶温度和稳定化处理工艺后GH864合金的裂纹扩展情况.通过分析合金的微观组织,断口形貌以及lga--lgNi/Nf、da/dN--a及da/dN--N曲线特征,定量计算了裂纹萌生期、稳态扩展期及失稳瞬断期在整个疲劳断裂过程中所占比例,并进一步分析影响各自比例的微观组织因素.结果表明:随着固溶温度的升高,晶粒尺寸增加,合金的裂纹扩展速率降低,同时裂纹的萌生期的比例降低,而裂纹的扩展期比例则会增加;随稳定化时间的延长和温度的升高,晶界碳化物析出量增加,降低了合金的裂纹扩展速率,但是裂纹萌生期的比例在逐渐增加.     

双态组织γ-TiAl基合金的室温拉伸断裂机理的研究

通过对双态组织的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算,研究了TiAl基合金双态组织拉伸的断裂机理.研究表明,许多裂纹在塑性变形前沿着层间起裂和扩展,断裂发展的驱动力是拉应力.在直缺口试样中,许多裂纹直接起裂于缺口根部,而且起裂于γ晶粒,并沿着层间扩展.随着拉应力的增加,主裂纹和新裂纹也可以通过障碍晶粒的穿层解理断裂来连接.然而在V型缺口试样中,裂纹则起裂于距缺口根部一定距离处.通过有限元计算得到沿层断裂强度大约为110MPa,穿层断裂强度大约为250MPa,这就是裂纹更容易沿着层间形核及扩展的原因.     

碳化物粒子尺寸对裂纹断裂韧性的影响

通过对铁素体晶粒尺寸相同、碳化物粒子尺寸不同的两种低合金钢ＣＯＤ裂纹试样断裂韧性的测试，宏微观断口和力学参数的测量，结合断口、金相观察分析，对碳化物粒子尺寸对裂纹断裂韧性的影响及其机理进行了研究．结果表明：在裂纹试样的解理断裂中，临界事件是碳化物粒子尺寸的微裂纹扩展进入铁素体基体．碳化物粒子尺寸在决定局部断裂应力。ｆ和有关的韧性参数中起决定性作用．在铁素体晶粒尺寸和屈服应力相同的条件下，大碳化粒子尺寸的材料具有低的裂纹断裂韧性．     

GH864合金组织特征对裂纹扩展速率的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电镜等手段,研究了GH864合金三种轧制态组织经热处理后的演变过程,分析了热处理后不同组织对室温冲击韧性及高温650℃裂纹扩展速率的影响.结果表明,GH864合金由初始轧制态组织经标准热处理后（1020℃,4h/空冷→845℃,4h/空冷→760℃,16h/空冷）获得的晶粒组织,其晶粒组织演变具有明显的一致性,而合金的晶界碳化物分布及基体γ＇强化相没有明显差别,其分布状态及尺寸大小基本一致.热处理后的晶粒尺寸越大,抗裂纹扩展能力越好,合金的室温冲击韧性越低;热处理后形成的项链状组织,对合金冲击韧性及裂纹扩展速率有较好的影响.     

结构钢在低温下冲击断裂时的裂纹萌生与扩展

通过对缺口试样冲击弯曲断裂过程的研究,论证了示波冲击P～δ图与试样断口结构的对应关系.将冲击值α_(?)分解为裂纹萌生功α_i与裂纹扩展功α_p,并研究这两部分功随温度降低时的变化规律,发现在韧～脆转变的温度范围内,α_K的降低主要受α_p的降低所控制,而α_i基本上保持不变.同时得到,对于所研究的两种材料,在韧～脆转变温度范围内,冲击值α_K与断口上纤维状组分FF%有线性关系:α_K=α_i B×FF%.于是提出了求取裂纹扩展功的简便办法. 借助电子显微镜,观察分析了断口上不同区域的微观形貌以及随温度降低时断裂机制的变化,从微观上解释了不同材料低温脆断抗力的差别.     

C－Mn焊缝裂纹试样低温解理断裂机理

在系列低温下，对Ｃ－Ｍｎ焊缝进行了裂纹张开位移（ＣＯＤ）试验，测量了力学性能和断口微观参数，对疲劳裂纹前端形核并长大的微孔和解理微裂改进行了观察。根据实验结果对Ｃ－Ｍｎ焊缝ＣＯＤ试样的低温解理断裂机理进行了分析，发现在低温区，Ｃ－Ｍｎ焊缝的解理断裂临界事件随温度升高发生由起裂控制，第二相、夹杂物尺寸微裂纹扩展控制和铁素体晶粒尺寸微裂纹扩展控制的转变，并对发生这种转变的微观机制进行了分析。     

TZ20钛合金的疲劳行为及其机制研究

金属及合金的疲劳性能和疲劳行为是影响其长期安全服役的一个重要的因素。本文主要研究了锻造态和退火态Ti-20Zr-6.5Al-4V(简称TZ20)的疲劳行为和疲劳机制。XRD结果表明,锻造态和退火态两种状态的TZ20合金均由α相和β相组成。微观组织分析表明,虽然两种状态下该合金都呈现出典型的网篮组织特征,但是其各相含量及其晶粒尺寸有较大的区别。疲劳实验结果表明,锻造态和退火态合金的条件疲劳极限σ0.1(107)分别为623 MPa和572 MPa。疲劳断口分析表明,锻造试样疲劳断口具有多个疲劳裂纹源,而退火试样的疲劳断口只有一个疲劳裂纹源。     

深冷处理对EA4T车轴钢马氏体组织及短裂纹行为的影响

利用光学显微镜(OM)、维氏硬度计、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)技术等,开展深冷处理与回火顺序对EA4T车轴钢马氏体组织及其疲劳断裂性能影响的研究。研究结果表明：无论是“回火+深冷”处理还是“深冷+回火”处理,均能有效细化材料的微观组织,从而提高硬度和位错密度,但组织中含量较少的残余奥氏体无法通过深冷处理继续向马氏体转化;相对而言,经“深冷+回火”处理的试样晶粒尺寸细化效果最佳,且小角度晶界占比最多,可有效抑制裂纹的萌生;经“深冷+回火”处理后,材料微观组织对裂纹扩展的阻碍作用最强,裂纹扩展速率的下降更明显,疲劳断裂性能相对更优。     

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为

测定不同晶粒尺寸、γ'相以及不同Hf含量的粉末高温合金FGH97在650℃高温条件下的疲劳裂纹扩展速率,并将其与FGH95和FGH96两代粉末合金的疲劳裂纹扩展速率进行对比. 用定量分析的方法对FGH97合金在疲劳断裂各个阶段的行为特征进行分析. 较大晶粒尺寸的FGH97合金具有较低的裂纹扩展速率,合理的二次和三次γ'相匹配析出,可以获得较高的疲劳寿命;Hf元素的添加使合金的整体疲劳寿命增大;FGH97合金与FGH95和FGH96相比,具有较高的疲劳裂纹萌生抗力,更低的高温疲劳裂纹扩展速率.     

加载速度对TiAl基合金断裂机理的影响

通过拉伸、拉伸卸载实验及扫描电镜(SEM)断口观察,研究了在位移控制加载方式下,加载速度对具有全层(FL)组织和双态(DP)组织的TiAl基合金断裂机理的影响.实验结果表明:全层组织断裂应力随着加载速度的上升略有上升趋势;加载速度比较慢(如0.007 5 mm/min)时,断口上显示出较多的沿层断裂面及沿晶断裂面.加载速度在7.5 mm/min时,断口呈现出更多河流纹走向的解理断口.双态组织的断裂应力随加载速度的上升而增加,微裂纹面密度随加载速度的增加明显下降;随着加载速度的加快,河流纹断裂形态逐渐变得明显,同时断口形貌变得更加粗糙.     

C-Mn钢及焊缝金属的缺口和裂纹试样的微观断裂行为

本文通过起裂源粒子的特征和尺寸分布、裂源处显微组织和残留裂纹的尺寸分布情况,研究了C-Mn钢和两种焊缝金属的Charpy V,COD和预制裂纹冲击试样的微观断裂行为。发现焊缝中的解理裂纹形核于夹杂物或第二相粒子,母材形核于珠光体团;对于同一材料用缺口试样和裂纹试样测得的微观解理断裂应力的不同值是由于断裂过程中临界事件发生了变化。在-45～-65℃范围内,Charpy V 缺口试样中的临界事件是铁素体晶粒尺寸的微裂纹扩展进入铁素体基体;而在-110℃的裂纹试样中,是第二相粒子尺寸的微裂纹扩展进入临近的铁素体晶粒。临界事件的变化认为与缺口根部和裂纹前端不同的有效剪应力有关。建立Charpy V 和COD实验结果之间关系的条件是有关材料铁素体晶粒和第二相粒子的尺寸应当是类似的。     

喷射沉积AZ31镁合金微观组织与力学性能

采用喷射沉积方法制备了AZ31镁合金沉积柱坯,利用热轧作为后续加工,研究了镁合金的组织变化及材料的性能.实验结果表明:沉积态合金组织均匀,晶粒细小(平均晶粒尺寸约为20μm);热轧变形的致密化过程、动态再结晶以及退火再结晶使合金具有良好的组织结构和力学性能;轧制态试样断口呈现为脆性解理断裂方式,退火态试样断口则表现为脆性和韧性断裂混合机制.     

中碳钢在变幅载荷下疲劳裂纹加速扩展的研究

通过对带有环状Ｖ型切口的４５￣＃钢圆棒料在恒幅过载和变幅过载下的低周次疲劳试验，表明变幅递增过载的裂纹扩展速率比恒幅过载裂纹扩展速率显著增大。基于试验事实和断口分析，探讨了过载下的疲劳裂纹扩展机制，说明过载时裂纹扩展速率瞬时显著增大是裂纹钝化的结果，进而寻找到了促使裂纹加速扩展的适宜加载方式，为超低周疲劳断裂的工程应用提供了依据。     

SEM原位观察双尺度纳米晶304不锈钢的断裂行为

利用原位拉伸扫描电镜,观察并研究了"铝热反应法"制备出的304奥氏体不锈钢试样经退火与轧制处理后动态拉伸过程中裂纹的萌生与扩展情况及其与双尺度微观组织之间的相互影响关系.结果表明:在拉伸过程中,微裂纹易生成于微米晶和纳米晶间的晶界处,在纳米晶基体中延伸、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.双尺度组织中微裂纹产生的背应力可有效减缓裂纹扩展速度,从而增强了材料整体的延展性.     

690合金在压水堆环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

在模拟压水堆一回路环境下测得690合金的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,腐蚀对疲劳裂纹扩展有促进作用.采用时域分析方法分析讨论了相关载荷参数(载荷比R,频率f,应力强度因子幅值ΔK)对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响.试验结果采用F-A(Ford-Andresen)模型和ANL(Argonne National Lab)经验公式进行拟合,试验值与预测值吻合较好.断口微观形貌表明,空气中的疲劳断口为穿晶断裂;高温水下的疲劳断口同时出现穿晶和沿晶特征,与F-A模型的机制解释吻合.     

GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制

空气环境对高温合金在高温下的损伤行为有显著影响.为了研究标准热处理态GH4169合金在高温疲劳裂纹扩展过程中的微观损伤机制,在空气环境中进行650℃、初始应力强度因子幅ΔK=30MPa·m1/2和应力比R=0.05的低周疲劳裂纹扩展试验.使用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)对试样的断口、外表面和剖面进行观察和分析.实验结果表明:疲劳主裂纹以沿晶方式萌生并扩展,随后沿晶二次裂纹出现,并且其数量和长度沿主裂纹方向逐渐增加,进入快速扩展阶段后,断口呈现韧窝组织形貌;在裂纹扩展过程中,δ相与基体的界面发生氧化,使得沿晶二次裂纹沿界面扩展并产生偏折,从而起到阻碍二次裂纹扩展的作用;试样外表面的主裂纹周围出现晶界氧化损伤区,其尺寸和晶界开裂程度沿主裂纹扩展方向逐渐增大.     

40CrNiMo钢中表面疲劳短裂纹扩展路径的三维分析

研究了表面疲劳短裂纹在４０ＣｒＮｉＭｏ钢淬火回火组织中的扩展行为，通过逐层抛光的金相方法考察了表面短裂纹的三形貌及裂纹周围的微观组织特征，并根据不同周次 裂纹复型记录分析了裂纹扩展的准动态过程。结果表明，偏的是表面短裂纹扩展的主要特征之一，出现偏折时，裂纹表现出较高的扩展速率，裂纹从一个晶粒穿赵晶界进入另一个晶粒的过程中，裂纹的立体形貌发生着显著的变化，扩展速率波动很大，大多数情况下，裂纹扩展最慢