时效状态对7020铝合金疲劳性能的影响

研究不同时效状态下7020铝合金的疲劳强度及疲劳裂纹扩展性能,并分别利用透射电镜和扫描电镜对合金的显微组织及疲劳断口进行观察分析。研究结果表明:欠时效、峰时效和过时效3种时效态合金在循环数为107次时的条件疲劳极限分别为131,114和127 MPa;欠时效合金具有最低的疲劳裂纹扩展速率,峰时效合金的疲劳裂纹扩展速率最高;随着时效程度加大,过时效合金的疲劳裂纹扩展性能有所改善;欠时效合金中可切过的GP区增加位错滑移的可逆性并促进裂纹的偏折,而峰时效合金中主要为η'相,不可切过的η'相以及较大的晶内和晶界无析出带(PFZ)之间的强度差导致疲劳裂纹容易萌生和扩展;过时效合金晶内晶界强度差减小以及相关的裂纹闭合机制使其疲劳性能得到改善。     

不同温度下Ni_3Al中疲劳裂纹扩展机理的原子模拟

采用分子动力学的方法模拟了Ni_3Al在不同温度下的疲劳裂纹扩展行为.选取不同初始取向的裂纹模型,对比分析其在不同温度下的裂纹扩展行为.研究结果表明Ni_3Al合金在400 K时裂纹尖端主要的变形机制为位错、滑移和空洞,初始取向不同的裂纹,裂纹扩展的方式、裂纹周围的变形特点以及裂纹扩展速率都出现了差异.当温度从400 K升到600 K时, Ni_3Al中裂纹的扩展速率随着温度的升高而增加,高温没有改变裂纹前端的滑移系统,却使初始滑移带的数量减少,快速扩展中位错滑移的数量增多.     

定向凝固Fe—6.5%Si合金室温三点弯曲过程中的滑移

分析了定向凝固Fe-6.5％Si合金室温三点弯曲试样中的滑移带,采用EBSD方法测定了晶界位向差和晶粒取向.结果表明,在横向试样近下表面两个位向差为29.3°的晶粒中,滑移带在{001}面上分别与〈010〉方向成25°和60.7°.经分析,这两组滑移带都不属于{110}〈111〉滑移系,而可能属于{112}〈111〉或{123}〈111〉滑移系.     

镁合金AZ31动态再结晶行为的取向成像分析

利用背散射电子衍射(EBSD)取向成像技术分析了具有不同初始织构的镁合金AZ31动态再结晶晶粒的取向特征以及与相邻的形变晶粒的取向关系.结果表明:不同初始织构以及不同应变量下动态再结晶新晶粒与形变晶粒的取向都相近,说明动态再结晶以连续方式进行,即亚晶转动方式.随形变量的增加,不同初始织构试样的晶粒都转向基面取向,但菊池带衬度图像显示大的形变晶粒内部很少有亚晶界存在并且菊池带质量高,说明塑性滑移机制仍在起很大作用但在靠近晶界处发生,形变晶粒是通过平行于压缩面方向剪切晶界而逐渐消失的.动态再结晶晶粒与相邻形变晶粒的取向差表明不同初始织构造成不同的取向差,但总的趋势是相同的.     

定向凝固Fe-6.5%Si合金室温三点弯曲过程中的滑移

分析了定向凝固 Fe- 6 .5 % Si合金室温三点弯曲试样中的滑移带 ,采用 EBSD方法测定了晶界位向差和晶粒取向 .结果表明 ,在横向试样近下表面两个位向差为 2 9.3°的晶粒中 ,滑移带在 { 0 0 1}面上分别与〈0 10〉方向成 2 5°和 6 0 .7°.经分析 ,这两组滑移带都不属于 { 110 }〈111〉滑移系 ,而可能属于 { 112 }〈111〉或 { 12 3}〈111〉滑移系 .     

Fe--36 Ni因瓦合金的热塑性

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究Fe-36Ni合金在900~1200℃的热塑性行为,并用FactSage软件、扫描电镜及透射电镜等研究该合金热塑性的影响因素及作用机理.结果表明：合金中主要形成Al2 O3+Ti3 O5+MnS复合夹杂,夹杂物颗粒尺寸集中分布在0.5μm以下.合金热塑性在900~1050℃受晶界滑移及动态再结晶共同影响.晶界上分布的纳米级别(<200 nm)夹杂物有效钉扎晶界,抑制动态再结晶发生的同时减小晶界结合力.微米级别(>200 nm)夹杂物则促进显微裂纹在晶界滑移过程中的形成和扩展,损害合金热塑性.当温度高于1050℃时,较高的变形温度使再结晶驱动力大于钉扎作用力,合金发生动态再结晶,有效提高热塑性.在1100~1200℃区间内,枝晶间裂纹的形成、晶界滑移的加剧及动态再结晶晶粒尺寸增大都降低合金热塑性.     

轧制变形量对高纯铝三叉晶界、晶界形变及退火行为的影响

采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)技术研究了不同变形量高纯铝试样的变形行为和退火后三叉晶界及晶界的迁移行为.研究结果表明,冷轧变形后三叉晶界附近的点对原点的取向差与泰勒因子及施密特因子有很好的一致性.具有较大施密特因子或者较小泰勒因子的晶粒的取向差较大,并且随着变形量的增大取向差的最大值也增大.Kernel平均取向差(Kernel average misorientation,KAM)图表明塑性变形时,三叉晶界和晶界处应变集中.对于冷轧变形量为17%的三叉晶界,施密特因子最大的晶粒内部滑移带终止于晶内,主要原因是相邻晶粒变形时为了相互协调,晶界附近的晶粒间发生了较大偏转,出现了晶界影响区外;对于变形量为35%的三叉晶界,除了出现晶界影响区外,在施密特因子最大的晶粒内三叉结附近出现了折痕.随后试样经过第一次400?C退火15 min,三叉晶界及其相关晶界发生了迁移,并且晶界在原来的位置留下了鬼线.晶界都是由施密特因子较小的晶粒向施密特因子较大的晶粒迁移,也就是由硬取向的晶粒向软取向的晶粒迁移,并且迁移后晶界变得更弯曲,晶界的迁移距离比三叉结的大,说明在此温度下退火后,三叉结对晶界的迁移有拖曳作用.三叉晶界及其晶界的迁移量随着变形量的增大而增大,这是因为变形量大、储能高,给三叉晶界及晶界提供的驱动力也大.最后试样经过第二次400℃退火17 min,为了降低第一次退火后残留的应变能,晶界又进一步迁移.     

SiC沿[100]、[110]和[111]晶向断裂的分子动力学模拟

为进一步了解SiC材料力学性能机理,采用Tersoff势对SiC在不同温度下初裂纹前缘沿[100]、[110]、[111]三个不同晶向的裂纹扩展进行了分子动力学模拟.裂纹前缘方向为[100]、[111]晶向的初裂纹扩展模拟结果表明:裂纹扩展方式为脆性解理断裂,低应力下裂纹尖端表面有无序带形成,在保证裂纹张开力作用下,裂纹尖端存在尖锐—钝化—尖锐的扩展过程.裂纹前缘方向为[110]晶向的初裂纹扩展模拟结果表明:裂纹出现明显“取向效应”,裂纹传播方向脱离了原有晶向(约60度)而选择沿其它晶向传播,裂纹扩展比较容易,裂纹断裂面几乎是完美的平面.     

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.     

裂纹尖端离面变形场的实验测量与数值分析的比较

用 Nomarski棱镜微差干涉法和有限元方法分别测量和计算了黄铜金属材料 I型裂纹尖端的离面变形场 ,在此基础上对比分析了黄铜材料宏观、细观离面变形的特征。宏观离面变形主要集中发生在裂纹尖端 1 mm2 范围内 ,最大离面变形发生在裂纹尖端。细观离面变形与滑移带、细观组织及细观结构密切相关。晶粒内部的变形导致滑移带出现 ,在滑移带上离面变形有突变。在相邻晶粒之间 ,离面变形连续与否取决于晶粒细观结构的差别。离面变形可以越过晶粒向前传递。实验还发现 ,在宏观剪切带上离面变形比较明显     

Low cycle fatigue behavior of micro-grain casting K4169 superalloy at room temperature

The strain-controlled low cycle fatigue tests were carried out at 298 ?K for the newly developed micro-grain casting K4169 superalloy, and the cyclic stress response, deformation and fracture behaviors of the alloy were studied. The results show that the fatigue life of the alloy was increased by more than two times compared with other casting K4169 alloys. This can be partly attributed to grain refinement impeding crack initiation and propagation. When the strain amplitude was in plastic range (Δε_t/2 ?≥ ?0.5%), the alloy displayed a short period of initial cyclic stability followed by cyclic softening to fracture. By observing dislocation configurations, only a few dislocations moved around grain boundaries at initial cycles, leading to short cyclic stability. Afterwards, dislocations in the slip bands cut γ" phase continuously leading to cyclic softening. When the strain amplitude was in elastic range (Δε_t/2 ?≤ ?0.4%), the alloy exhibited elastic deformation and the peak stress kept stable. In addition, the crack initiation site changed from the MC carbides to the persistent slip bands on surface with increasing strain amplitudes.     

光滑试样疲劳短裂纹的形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢光滑试样进行了旋转弯曲疲劳试验；应用复型技术监测了短裂纹形成与扩展过程，研究了晶粒尺寸对短裂纹行为的影响。结果表明：裂纹形成几乎贯穿于整个疲劳过程；裂纹形成寿命小于失效寿命的１０％；表面长度小于２ｍｍ的短裂纹扩展寿命占整个疲劳寿命的８５％以上；晶粒尺寸和微观结构对短裂纹形成和扩展都有很大影响。     

16Mn钢焊接件疲劳裂纹萌生与扩展观察

该文对16Mn钢对焊接头的焊缝及热影响区（HAZ）中疲劳裂纹的萌生与扩展机理进行了研究。结果发现，疲劳裂纹的萌生与扩展与铁素体组织有关，由于焊接热影响区显微组织的不均匀性，使疲劳裂纹的扩展机制具有某些特殊性。疲劳裂纹扩展阶段裂纹尖端附近为形成于铁素体晶粒内的位错胞及亚晶。在疲劳断裂的各个阶段，其断裂机制是变化的。     

晶体相场法模拟小角度晶界的位错结构及其演化

采用晶体相场模型模拟小角度晶界结构和在外加应力作用下晶界、位错的演化过程,从位错的运动形式、体系自由能与应变关系等角度,讨论晶界位错运动和湮没过程。结果表明:在稳定的小角度晶界中,位错间距与位向差成反比。位错和晶界区域具有较高的能量密度;外加应力会导致一个位错组脱离晶界而分解成两个位错组,且有诱发晶界湮没的趋势;晶界湮没过程可以出现4个阶段或2个阶段,且存在敏感位向差角,位向差稍高于5.85°时晶界湮没过程呈4个阶段,位向差稍低于5.85°时晶界湮没过程呈2个阶段;位向差越小,晶界湮没过程越简单快捷。     

纳观尺度下不同晶向取向对裂纹萌生和扩展的影响

【目的】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】采用晶体相场法研究不同初始晶向倾角在y方向单轴拉伸作用下裂纹扩展演化、对应的应力分布及其应力曲线。【结果】当拉应变作用达到临界值时,无预应变的样品裂口开裂方式不同。5°与20°晶向倾角的样品裂口直接开裂,并伴随着位错出现。10°与15°晶向倾角的样品裂口先发射位错,裂口准备开裂。裂纹形成后,5°与20°晶向倾角的样品裂纹主要呈脆性断裂模式扩展。10°与15°晶向倾角的样品为典型的韧性断裂模式扩展。【结论】不同晶向倾角对裂纹萌生时间、扩展方向以及韧-脆扩展形式有重要影响。     

薄壁压力容器Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹的塑性区研究

裂纹尖端塑性区对裂纹的扩展和失稳扩展起着关键作用。此文针对薄壁压力容器结构中可能出现的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹,利用Mises屈服条件对裂纹尖端塑性区的分布进行了研究,推导出两向拉伸斜裂纹尖端塑性区分布的数学表达式。用线弹性断裂理论推导了裂纹开裂角度与裂纹角的关系,并用数学软件Matlab描述了在临界状态下不同裂纹角所对应的裂纹尖端塑性区的轮廓线。     

组合加载下的疲劳破坏与裂纹扩展条件

光滑试样的表面滑移和疲劳破坏是传统的疲劳问题,而疲劳裂纹的扩展属断裂力学的应用范畴.本文用局部应力观点讨论它们各自发生的条件,并说明相互间的区别和联系.在弯扭组合加载条件下,滑移门槛应力、疲劳极限以及裂纹扩展门槛应力的计算结果均与实验值符合较好.     

基于XFEM的垂直于双材料界面的裂纹扩展问题

 基于扩展有限元法,提出了双材料界面上垂向裂纹应力强度因子的计算方案。导出由6 项组成的新型裂纹尖端位移增强函数,基于裂尖应力场和位移场的解析解,建立路径无关J_kε积分与应力强度因子K_ⅠK_Ⅱ的关系式,利用扩展有限元法计算J_kε积分,通过上述关系式求得应力强度因子,用最大周向应力准则确定裂纹扩展角θ_p。数值计算表明,J_kε积分与XFEM 结合可有效解决垂直于双材料界面的裂纹扩展问题;当裂纹由弹模较小材料朝着弹模较大材料扩展时,裂纹扩展角θ_p较小,而由弹模较大材料朝着弹模较小材料扩展时,θ_p较大;4 点弯曲试验结果表明,裂纹扩展角θ_p与界面两侧材料的泊松比比值v₁/v₂无关,而与弹性模量比值的对数lg（E₁/E₂）成指数关系。