铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.     

室温下TC11钛合金准静态拉伸力学性能实验研究

针对典型航空材料TC11钛合金的拉伸性能,采用准静态拉伸实验对不同应变率条件下的TC11钛合金的应力-应变关系进行了研究,利用扫描电镜分析了其拉伸断口形貌。实验结果表明:TC11钛合金具有一定的应变率敏感性,抗拉强度和屈服强度均会受到应变率的影响;准静态拉伸时TC11钛合金试样出现了颈缩现象,试样截面形状为杯锥状,试样断口存在光滑的剪切唇区和灰色的纤维区,其断裂属于韧性断裂,但是其韧性较差;TC11钛合金拉伸断口形貌主要为大小不一的韧窝,随着应变率的增大,试样拉伸断口韧窝的大小和深度均变小,同时出现了少量的撕裂棱和准解理面,试样的断裂机制为以韧性断裂为主和伴有准解理断裂。因此,在准静态拉伸条件下,TC11钛合金的力学行为与应变率有关。     

AZ31镁合金的超塑性研究

在温度为400～440℃、应变速率为10-2～10-4 s-1的范围内研究AZ31镁合金的超塑性.结果表明,当应变速率不小于5×10-3 s-1时,AZ31镁合金的超塑性伸长率随着温度的升高而增大.对应变速率敏感指数和拉伸试样的宏观断裂特征分析表明,应变速率敏感指数是影响超塑性的主要因素.当应变速率不大于5×10-4 s-1时,AZ31镁合金在420℃时具有最大伸长率.对断裂试样的颈缩现象和断口空洞的SEM分析表明,空洞是影响超塑性的主要因素.     

玻璃纤维束拉伸力学性能影响参数试验研究

利用MTS万能试验机对不同标距(25,50,100,150,200和300mm)的玻璃纤维束进行了准静态(应变率为1/600s~(-1))拉伸测试.同时,利用Instron落锤冲击系统分别研究了标距为25mm的试样在不同应变率(40,80,120和160s~(-1))和不同温度(25,50,75和100℃)条件下的力学性能.结果表明,玻璃纤维束的拉伸力学性能与标距、应变率和温度具有相关性:杨氏模量随着标距和应变率的增加而增大,但随着温度的增加而减小;拉伸强度随着标距的增加而减小,随应变率的增加而增大,但随着温度的增加却呈先减后增的趋势;峰值应变随着标距增加而减小,但随温度的增加而增大.最后,利用Weibull模型进行统计分析,量化了不同标距、应变率和温度下纤维拉伸强度的随机变化程度,获得的Weibull参数可服务于工程应用.     

DP980超高强钢激光焊接接头组织及性能研究

利用Nd:YAG固体激光器对DP980超高强钢进行激光对接焊接,通过硬度测试、拉伸试验研究DP980超高强钢激光焊接接头力学性能的变化,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等观察显微组织的转变.结果表明:DP980超高强钢经过激光焊接,焊接接头分为焊缝金属区、完全相变区、不完全相变区、回火区和母材区.焊后焊缝金属区和完全相变区为马氏体组织,硬度较高;焊接接头软化现象发生在不完全相变区和回火区:不完全相变区马氏体发生相变使得铁素体含量增加;回火区组织发生回火,马氏体析出碳化物,导致软化.在力学性能方面,焊接接头抗拉强度略有降低,延伸率下降明显,软化区的存在导致在拉伸试验时焊接接头的不均匀变形,造成了其塑性明显下降;拉伸试样的断裂发生在焊接接头热影响区,断口观察发现存在有大小不等、深浅不一的韧窝,属于塑性断裂.     

先进高强度双相钢汽车板剪切断裂实验

通过翻边实验和槽型件实验,研究了先进高强度双相(DP)钢在小半径拉弯成形中的断裂特性.翻边实验表明,高强度DP钢强度级别越高越容易发生剪切断裂.槽型件实验与仿真表明,高强度DP钢的断裂特性与压边力大小关系密切,压边力大则弯曲圆角处容易发生剪切断裂;压边力小则易在侧壁上发生颈缩断裂.先进高强度DP钢最终的断裂模式是剪切断裂和颈缩断裂相互竞争的结果,任一断裂条件先达到则板料发生该种断裂.     

B1500 HS硼钢热冲裁过程的相变和冲裁精度

为了研究热冲裁零件微观组织及尺寸精度的变化规律,采用不同的冲裁温度和模具间隙比对B1500HS钢板进行了热冲裁试验.根据冷却曲线,研究了冲裁温度对硼钢组织转变和零件力学性能的影响;根据落料件的尺寸,分析了冲裁温度和模具间隙比对尺寸精度的影响;通过观察零件的断口形貌,分析了冲裁温度对断口质量的影响.结果表明:当冲裁温度一定时,落料件的尺寸随着模具间隙比的减小而增大;当模具间隙比一定时,落料件的尺寸误差随着冲裁温度的降低出现"正—负—正"的增长波动趋势;当冲裁温度为600~650℃或750~800℃时,落料件具有较高的冲裁精度;落料件的硬度随着冲裁温度的升高而增大,当冲裁温度为650~800℃时,落料件的组织为马氏体,硬度值HV约为550;冲裁断面光亮带的宽度随着冲裁温度升高而增大.     

注射成形钨合金的显微结构对其力学性能的影响

采用一种新型半固态塑料体系粘结剂和多组元低分子混合溶剂进行快速溶剂脱脂、热脱脂、烧结,制备了性能较高的拉伸试样、冲击韧性试样和钨棒弹芯材料.测试了拉伸试样、冲击韧性试样及弹芯材料的显微组织与性能,研究了显微组织结构特征对其力学性能的影响.研究结果表明,注射成形弹芯材料的力学性能都优于传统方法制备的弹芯材料的力学性能,其拉伸断口和冲击断口均呈现大量的钨晶粒穿晶解理断裂;与标准拉伸样和冲击样相比,弹芯厚度较大的试样,完全脱除粘结剂很困难,试样中仍存在少量残留杂质,这些杂质大部分存在于晶界,使其冲击断口和拉伸断口上呈现较多的钨晶粒沿晶断裂,导致弹芯材料合金性能降低;烧结温度对断口形貌和力学性能也有较大影响.     

考虑冲裁变形过程的高强度钢扩孔模拟与实验验证

针对传统的扩孔模拟方法未考虑冲裁变形过程而导致预测精度较低的问题,以高强度DP590钢为例,对冲裁-扩孔的全过程进行数值模拟.采用改进的积分方法获得Oyane韧性断裂准则的阈值,基于冲裁变形的应变梯度分布与损伤分布进行扩孔工序的模拟,并与其实验结果加以对比.结果表明:与未考虑冲裁变形过程的预测结果相比,考虑冲裁变形过程的预测精度提高了99.6%;冲裁间隙越大(10%~15%),其仿真结果与实验结果吻合越好.     

双级时效对7050铝合金厚板断裂韧性的影响

采用金相组织观察、扫描电镜、透射电镜、常温拉伸和紧凑拉伸等方法,研究双级时效对7050铝合金厚板拉伸力学性能和断裂韧性的影响.研究结果表明:低温短时时效后晶内析出球状GP区和和η'相;过时效后,晶内析出粗大η相和少量η'相;随着时效时间的延长,晶界析出相粗化,并由连续分布变为非连续分布,无沉淀析出带变宽:强度先增大后减小,断裂韧性先减小后增大,断裂方式由延性穿晶剪切断裂经沿晶断裂转变为穿晶韧窝断裂.     

DP590冷轧板热处理的组织和性能

为了加速国内双相钢的开发和应用,采用CAS-300Ⅱ模拟退火实验机,通过模拟退火实验,研究了加热速率、临界区退火温度、过时效温度、过时效时间对DP590双相钢组织性能的影响.结果表明,加热速率在5~60℃/s内增加时,屈服强度、抗拉强度均增加,延伸率、强塑积均减小;临界区退火温度在780~850℃内增加时,屈服强度、抗拉强度先减小后增加,延伸率、强塑积均增加;过时效温度在260~400℃内增加时,屈服强度增加,抗拉强度减小,延伸率整体呈增加趋势,屈强比增加;在280℃进行过时效,过时效时间在240~480s内增加时,屈服强度、抗拉强度均减小,延伸率、强塑积先减小后增加.     

焊接速度对双相钢激光焊接接头组织和性能的影响

为提高汽车车身用双相钢(DP钢)激光焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,研究焊接速度对1.4 mm厚DP780钢脉冲激光焊接接头组织和不同应变速率下拉伸性能的影响规律.结果表明,不同激光焊接速度下DP780钢接头均存在熔合区硬化和外侧热影响区软化现象,随焊接速度增加,接头的软化程度降低.接头的强度随应变速率增加而增加,抗拉强度和断裂延伸率随焊接速度增加呈先增加后减少的趋势.当焊接速度为400 mm/min时,接头表面成形性好、熔深和熔宽适中、无焊接缺陷、外侧热影响区软化程度最低(软化率为9%),熔合区硬度适中,接头整体强度和塑性指标达到最佳值.     

高强度双相钢板拉弯成形断裂的微观组织形貌分析

引入拉弯比来表征高强度双相钢板在不同凸模圆角半径下的拉弯应力状态,根据不同的拉弯比判定不同的成形断裂模式,在剪切断裂试验平台上进行双相钢板的拉弯试验,并对断裂试样的微观组织形貌进行分析.结果表明:高强度双相钢的剪切断裂属于韧性断裂;凸模圆角半径越小及板料强度越高,板料越容易发生剪切断裂.     

裂纹长度对裂隙岩体力学特性及破坏模式的影响

采用伺服控制岩石力学试验机对水泥砂浆材料制备的类岩石试件进行单轴加载,利用颗粒流离散元软件对岩体进行单轴加载数值模拟试验,研究不同预制裂纹长度下裂隙试件的力学特征及破坏规律.结果表明:随着裂纹长度的增加,裂隙试件的峰值强度、峰值应变和弹性模量均减小,裂隙模型脆性减弱,延性增强,且随着裂纹长度的增加,弹性模量的降幅逐渐增大,敏感度增强;引入强度劣化系数来定量分析裂隙试件的劣化特征,当裂纹长度从10 mm增加到15 mm时,劣化系数增长迅速,试件强度下跌明显,强度敏感度最大;裂纹长度影响裂隙试件的最终破坏模式,在0°原生裂纹下,随着裂纹长度的增加,裂隙试件的破坏模式由剪切破坏为主变为剪切、张拉复合破坏再转化为出现宏观裂纹的张拉破坏.     

氢对铜电化学行为和NaNO2溶液应力腐蚀的影响

纯铜充氢后并不改变组织结构和晶粒大，而且抗拉强度、延伸率和面缩率也不变化，这表明铜没有氢脆，在ＮａＮＯ２溶液中，氢使纯铜的腐蚀电位、反应电阻降低，使应力腐蚀开裂敏感性升高，断口形貌不发生变化。     

热轧双相钢微观应力--应变模型

利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对热轧后双相钢的微观组织进行分析,用Image-Pro Plus软件测定双相钢微观组织中各独立相的体积分数. 根据多相材料中间混合法则和Swift方程,建立热轧双相钢微观应力-应变模型,并用DP590和DP780钢单向拉伸曲线进行验证. 结果表明,该应力-应变关系微观模型基本阐明热轧双相钢微观组织参数与宏观力学性能的内在联系,能够准确地描述材料的变形行为,同时很好地预测热轧双相钢宏观的拉伸曲线.     

1 000 MPa级双相钢薄板极限成形性能

基于圆筒拉深试验,获得了1 000 MPa级先进高强度钢拉深时破裂的临界点和极限拉延比(LDR).研究了Hill、Barlat和BBC 3种不同屈服准则的数值仿真效果.结果表明：1 000 MPa级双相钢LDR值为2.07,且Barlat屈服准则模拟结果与实际试验相符.对断口进行扫锚电镜（SEM）观测,发现1 000 MPa级双相钢有别于传统板材,其拉深断裂模式为沿板材厚向45°的韧性切向断裂,无明显颈缩现象.     

热等静压316L不锈钢致密体的组织与性能

采用热等静压方法对气雾化316L奥氏体不锈钢粉末致密化,用箱式电阻炉对致密体进行了固溶处理,研究了固溶前后致密体的显微组织和力学性能,并对其拉伸断口形貌进行了分析．结果表明：热等静压态致密体密度接近理论全致密,内部组织为细小的奥氏体,存在较多的碳化物,抗拉强度、屈服强度分别达到595．3MPa和263．3MPa,延伸率为58．3％,硬度为HBS152．3;固溶处理使致密体强度和硬度降低,塑性增加,且随着固溶温度的提高,强度迅速降低,塑性明显提高,最佳固溶温度为1050℃;在固溶温度为1050℃和水冷的情况下,最佳保温时间为20min;固溶处理前后拉伸试样断口呈现明显的韧性断裂,固溶韧性好于固溶前的,均高于热轧态产品的韧性．     

GFRP筋拉伸力学性能尺寸效应试验研究

通过试验研究不同直径玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的力学性能,并采用基于材料强度Weibull分布的最弱链理论分析其尺寸效应.试验结果表明,GFRP筋极限抗拉强度、抗拉弹性模量和极限延伸率随着直径增大而下降,而屈服应变变化规律则相反.通过试验分析,建立考虑直径变化的GFRP筋应力应变关系及其相关参数同直径的关系;提出了不同直径GFRP筋极限抗拉强度fDtu计算公式.基于最弱链理论分析,得出GFRP筋尺寸效应的主要影响因素是试件的有效区体积.研究表明,GFRP筋拉伸力学性能具有明显的尺寸效应;采用最弱链理论进行尺寸效应分析是可行的,能够预测不同GFRP筋强度,确定其抗拉强度标准值,有助于统一GFRP筋试件的有效长度取用标准,并建议长度范围为试件直径的30~40倍.