拉伸与疲劳载荷下α-Ti 中裂纹扩展机制的原子模拟

采用分子动力学方法模拟研究含3种不同裂纹取向的α-Ti在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究表明:B(0001)[1-210]裂纹构型通过产生变形孪晶的方式来实现垂直于基面方向的变形,单向拉伸过程中裂尖处有无位错区出现;A(1-210)[10-10]和C(1-210)[0001]裂纹构型的失效过程表明基面位错比柱面位错更容易发射;C裂纹构型循环加载时基面滑移系优先开动,使位错快速发射而释放了裂尖应力,导致裂纹出现止裂现象;含微裂纹α-Ti材料的失效过程是位错形核与发射、缺陷扩展、孪晶变形等共同作用的结果.     

氢促进位错发射和裂纹扩展的三维分子动力学模拟

对纯Ni和Ni+H,用EAM多体势的三维分子动力学模拟表明,不论裂纹取向如何,加载时均是首先发射位错,只有当发射足够多的位错后裂纹才扩展.即使对于氢脆,也以局部塑性变形为先导.对于沿(111)滑移面的位错,氢使位错发射的应力强度因子K Ie 从0.42降为0.36MPa@m 1/2 ;使裂纹开始扩展的临界应力强度因子K IP 从0.8降为0.76MPa@m 1/2 .总之,氢促进裂纹的发射和扩展.     

α-Fe中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用的原子模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了α-Fe中Σ9[110](221)对称倾转晶界模型的剪切耦合迁移运动与晶内微裂纹的相互作用,讨论了在恒定剪切速率10 m·s~(-1)条件下,温度和合金原子Cr对两者相互作用的影响。模拟结果表明:在低温条件下,裂纹会在晶界耦合运动的作用下完全愈合,晶界则在裂纹的钉扎作用下发生弯曲。裂纹在晶界上的不对称固定在裂纹愈合的过程中起到重要作用,晶界的形态和结构均在吸收裂纹的过程发生变化,厚度也显著增大。裂纹的愈合过程伴随有位错的发射和运动,通过位错从裂纹尖端发射并运动至自由表面,可使裂纹不断变小乃至完全愈合。在发生剪切耦合晶界迁移的条件下,升温和添加Cr原子对裂纹愈合的影响有相似之处,两者都具有使裂纹愈合速率加快的作用。     

加热温度及保温时间对结构钢内部裂纹愈合的影响

目的研究加热温度及保温时间对钢内部裂纹愈合的影响,为钢内部裂纹愈合处理提供理论依据,以促进钢材的智能化、提高其使用寿命。方法用钻孔压缩法在试样内部引入裂纹,然后对含内部裂纹的试样进行不同加热温度和不同保温时间的空冷处理,采用金相显微镜及扫描电镜观察分析裂纹愈合程度。结果裂纹愈合区是由铁素体构成的细晶愈合带,随加热温度升高及保温时间延长愈合带变窄。结论随加热温度升高及保温时间延长裂纹愈合程度增加;温度是影响裂纹愈合的主要因素,而加热时间的影响次之;裂纹愈合存在临界温度,此临界温度应大于该材料的最低再结晶温度。     

GH133合金高温低周疲劳研究

本文研究了GH133合金的循环应力应变反应和低周疲劳性能,并作了位错结构和断口观察。通过对比拉压对称(R=-1)试验和恒定最大正应变(ε_(max)=C)试验,证明平均拉应力起降低寿命的作用。位错结构观察证明,循环使共格γ′质点的相界处产生应力场,最终导致位错的萌生并运动,位错运动又进一步增殖位错。位错运动方式是变化的,由成对切割γ′质点到单位错切割γ′质点和位错绕过γ′质点。滑移带位错结构最终可以出现饱和的梯状结构,与典型的驻留带位错结构相似。晶界和双晶界附近位错密度高,具有位错胞结构,同时可以出现沿晶界裂纹和沿双晶界裂纹。 在循环交变作用下,材料的破坏过程可以分解为三个主要过程,即在循环作用下产生的材料变形行为的变化,疲劳裂纹的形成和疲劳裂纹不断扩展,直到一定的临界大小而发生最终破坏,这三个过程是不同的但又是相互联系的,宏观疲劳现象可以在此基础上作出适当的说明。对于含有共格γ′沉淀相的低层错能奥氏体合金,许多研究[1—8]指出,其循环反应往往是先循环硬化再循环软化,并具有面排列位错结构。关于循环软化现象,一些作者认为[8],共格沉淀相在位错往复切割下碎化而导致回溶,产生软化,更多的作者相信[4],位错切割共格相导致有序强化作用减弱或消失,产生软化。关于循环硬     

含裂纹bcc铁拉伸与疲劳的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了含(0 1-1)[011]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究结果表明:在拉伸载荷作用下,材料因应力集中导致了由bcc到hcp的相变,裂纹呈现严重钝化扩展现象,整个过程还伴随着层错、孪晶等现象的发生; 在循环载荷作用下时,位错沿滑移面(-2 1 -1)和(2 -1 1)快速发射,从而使得裂尖处应力得以快速释放,疲劳裂纹扩展相当缓慢,裂纹出现止裂现象,整个疲劳加载过程未发现孪晶、相变等现象.     

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.     

交变载荷与温度耦合对γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展影响研究

利用分子动力学方法，在交变载荷与温度耦合条件下，模拟γ-TiAl合金的疲劳裂纹演化过程，探索TiAl合金不同阶段疲劳性能变化的微观机理，得到了在周期循环拉压加载时间比R=10∶1，沿[001]方向以v=10 m/s恒定速率交变加载时，不同温度（300 K、750 K、950 K）条件下，单晶TiAl合金疲劳断裂及缺陷演化的规律。结果表明：交变载荷与温度耦合加载时，在同一应力条件下，随温度的升高，发射位错数量增加且衍生多种类别缺陷，系统初始开裂应变量增大，位错的演化使应力-应变关系发生波动现象。位错密度峰值多集中于应力峰值区域，位错演化与产生的体心立方结构、面心立方结构衍生过程有关。该研究成果为复杂外载荷状态及不同温度条件下的γ-TiAl合金性能设计提供有力的理论指导。     

圆形缺口裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究初始缺口为圆形的样品在纵轴拉伸应力作用下起裂,并在样品裂纹扩展方向确定后,再加上横轴压力下裂纹的扩展情况。观察横轴压力对其扩展方向的影响,从而得出施加压力修复正在扩展的裂纹样品的模拟结果。【方法】使用晶体相场法(PFC)进行模拟,获得裂纹扩展的演变图。【结果】在纵轴拉应力条件下,应变在达到一定数值后圆形缺口开始发射位错和空位,位错向前运动;之后柏氏矢量相反的位错相遇并相互湮灭,没有湮灭的位错组合成位错对并产生裂纹;最后微裂纹之间、微裂纹与原始缺口之间相互合并。裂纹稳定地朝着横轴方向扩展,在此基础上施加横轴的压应力,发现左侧裂纹扩展方向发生两次改变,并往裂纹扩展方向发射位错。同时初始设置的圆形缺口也有形状变化,并往纵轴发射位错。【结论】晶体相场法能有效模拟晶体裂纹扩展的微观现象。     

铅黄铜制管接头产生废品原因及解决办法的研究

本文对阜新某厂用铅黄铜(HPb59—1)制造气动附件管接头的工艺过程中,产生的大量废品进行了分析研究,并进行了现场实验.经分析表明,产生废品的主要原因是由于过烧和裂纹所造成的.裂纹的类型主要有两种:一种是沿晶开裂,另一种是穿晶开裂.解决的办法是准确控制工件的加热温度与开始模锻温度,且终锻温度不得低于650℃,以及随后进行去应力退火.     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC.Marc建立了简化的1/4旋转对称模型,对薄壁轴向微沟槽铜管的钢球高速旋压成形过程进行模拟,并对成形特征和等效应力应变、残余应力的分布规律进行分析.结果表明:成形过程中,金属回弹效应会导致齿根部出现凹口缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,沟槽管外壁面应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外壁面的应力;过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生裂纹等缺陷.     

体心立方铁中裂纹扩展的结构演化研究

用分子动力学模拟的方法研究了bcc-Fe中Ⅰ型裂纹在应力及温度场下裂尖区的结构演化问题.做了两组模拟.基于各向同性线弹性力学的平面应变条件得到初始裂纹.(1)第一组模拟选取初始温度T=5 K、应力强度因子KI=1.0 KIC(KIC是临界应力强度因子),设在所对应的外载下存在初始裂纹,随后温度增加到100,300,和500 K,外载增加到KI=2.8 KIC.在这组模拟中,显示出堆垛层错.裂纹形状尖锐,且扩展速度较快.(2)第二组模拟选取初始温度T=100 K,应力场条件同于第一组,温度加到300和500 K,外载加到KI=2.8 KIC.在这组模拟中,显示出了堆垛层错、位错发射、裂尖钝化和分枝,以及孪晶带;该组裂纹的扩展速度慢于第一组.计算表明,裂纹在扩展过程中结构演化的特点与初始裂纹的工作条件有关.此外,计算了裂纹扩展过程中体系的能量,结果显示相应于发射位错状态,体系趋向于稳定态过渡.     

Al-Mn-Si-Ti合金粉化行为

Al-Mn-Si-Ti多元合金是一种用于炼钢脱氧与合金化的新型中间合金,前期试验制备的该类系列合金存在自然粉化现象.利用扫描电镜(SEM)和X线衍射仪(XRD)等检测分析表明:合金凝固过程发生γ(Mn)→β(Mn)晶型转变和ζ相FeSi2的生成,二者伴随着较大的体积变化,致使合金内部相邻组织单元之间应力变化导致前期微裂纹的产生.当合金处于潮湿环境中,合金中Al的磷化物、碳化物夹杂发生水解,与前期微裂纹之间进一步相互作用,最终导致合金自然粉化解体.实验证明,在合金熔炼过程中加入足量的Ti可以生成稳定的TiP和TiC代替不稳定的AlP和Al4C3,有效降低合金的粉化.     

微裂纹起裂扩展机理的晶体相场模拟

【目的】研究初始晶向倾角为15°的样品分别在垂直和水平方向上,单轴拉应变作用下的纳观尺度裂口发射位错与裂纹扩展行为,了解韧性裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级韧性裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场(PFC)方法观察15°晶向倾角下位错发射与裂纹扩展演化图及其对应的应力曲线图。【结果】垂直和水平不同方向拉应变作用下裂纹扩展方向不同,但裂纹都是韧性断裂模式扩展;当单轴拉应变作用达到临界值时,样品裂口开始发射滑移位错,随着外应力的增大,位错在滑移过程中留下一系列空位,空位长大连通形成裂纹并与主裂口相连,裂纹随着位错运动而扩展。【结论】在韧性裂纹扩展中,位错发射的运动对韧性裂纹扩展演化有重要影响。     

球面稳定同伦中的两个新元素族

本文证明当p≥7,n≥4时,h1hnγ3≠0, (b0hn+h1bn-1)γ3≠0∈Ext*,*A(Zp,Zp),而且它们在Adams谱序列中分别收敛到πpnq+3p2q+3pq+q-5S和πpnq+3p2q+3pq+q-6S中的一个阶为p的非平凡元素,其中q=2(p-1).     

de Sitter空间中的类空子流形的整体拼挤定理

证明了若Mn是de Sitter空间snp+p(1)(p＞1)中具有平行平均曲率向量的紧致类空子流形,σ为Mn的第二基本形式长度的平方,γ和M分别表示Mn的等周常数和体积,则存在仅与n,γ,M有关的常数A,当(∫σn/2dV)2/n＜A时,Mn是全脐的;de Sitter空间Snp+p(1)(p＞1)中极大的紧致类空子流形必为全测地的.     

含中心微裂纹α-Fe拉伸与疲劳失效机理的原子模拟

采用分子动力学方法研究了含(010)[101]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制。研究表明,含有此类裂纹的体心立方金属铁在单轴拉伸载荷下,其破坏机制是一个以裂尖层错和孪晶变形共同存在、伴有裂纹钝化,并最终以孪晶变形为主的过程。疲劳失效是以孪晶形变为主,全位错、不全位错、层错共同作用的破坏机制,同时发现循环加载下[11-1](-121)滑移系中孪晶形变比位错更容易发生,而且孪晶的出现,有利于减缓疲劳裂纹的扩展速度。含裂纹α-Fe变形与失效的过程,是一个位错、层错、孪晶和相变等多种微观机制共同作用的复杂过程。     

不同晶向取向的裂纹扩展演化模拟

【目的】研究具有不同初始晶向倾角的样品在单轴拉应变作用下的纳观尺度裂纹扩展行为,了解裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场法观察不同晶向倾角下裂纹的扩展演化图及对应的应力分布图。【结果】当拉应变作用达到临界值时,无预应变的样品裂口开始起裂,并伴随着位错出现。在晶向倾角为0°、5°时,裂口在起裂时,缺口两端裂纹和裂口相连接,裂纹主要是解理脆性断裂模式扩展;在晶向倾角为10°时,裂口向左右两边各发射一个位错,位错在滑移过程中留下一系列空位,空位连通形成裂纹再与主裂口相连,裂纹主要是韧性断裂模式扩展。【结论】不同晶向取向对裂纹的扩展演化有重要影响。     

热模拟法研究消除应力裂纹

采用模拟焊接热影响区粗晶区应力释放的试验方法,研究ＣＦ－６２钢在焊后热处理过程中的消除应力裂纹敏感性及其形成机理,结果表明：ＣＦ－６２钢焊接热影响区粗晶区具有消除应力裂纹敏感性,并随焊后热处理加热温度的升高而增大,消除应力裂纹敏感性取决于焊后热处理过程中材料所承受的塑性变形量和其进行塑性变形,蠕变变形的能力,粗大晶粒和高残余拉伸应力的存在是产生消除应力裂纹的必要条件。     

高能(001)晶面外露的锐钛矿TiO_2微球的水热制备及其气敏性能研究

采用一步水热法制备了由高能(001)晶面外露的锐钛矿相单晶组装而成的TiO_2微球.通过反应体系p H值的调控可以对TiO_2微球的微观形貌进行调控.对TiO_2微球的生长机理进行了分析.结果表明:适中的氢氟酸分子浓度对高能(001)晶面的稳定至关重要.进一步的研究表明,得益于高能(001)晶面的外露以及独特的分级形貌,这种TiO_2微球对丙酮表现出了优异的气敏性能.