异种材料扩散连接界面强度分析

本文针对Ａ３＋ＬＹ１２、Ａ３＋Ｃｕ、Ａ３＋Ａ３几种材料组合进行了扩散连接接头的界面剪切强度试验分析;建立了异种材料扩散连接接头残余应力分析模型;讨论了残余应力分布对所选材料组合接头界面剪切强度的影响。结果表明,残余应力对界面剪切强度有显著影响,根据该模型得出的计算结果和实验测试结果吻合程度良好。     

垂直于双材料非完美界面的裂纹断裂分析

当垂直裂纹到达两种材料界面时,其进一步的扩展受多种因素影响。采用线性弹簧模型模拟两种材料间的非完美界面,用能量释放率作为描述裂纹扩展的参量,结合有限元方法与虚拟裂纹闭合技术（VCCT）,提出了一种垂直于双材料非完美界面裂纹扩展能量释放率的计算方法;研究分析了能量释放率的影响因素。结果表明,界面参数对能量释放率有较大影响,尤其是沿裂纹法线方向的界面参数对能量释放率影响更大,存在上、下临界的界面参数,当界面参数大于上临界值或小于下临界值时,能量释放率达到极值,基本不受界面参数的影响;当裂纹在较软材料内时,能量释放率随着裂纹逐渐靠近界面而减小,反之,能量释放率增大;能量释放率随材料二弹性模量的增大而减小,随外载荷及裂纹长度的增大而增大,且外载荷及裂纹长度越大,能量释放率的增幅越大。     

钢铁材料的相变超塑性焊接

首次采用Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟试验机进行了不同金属材料相变超塑性焊接过程及接头性能的探讨。试验证明低碳钢、铸铁及Ａ３－Ｔ８异种钢接头利用相变诱发的超塑性状态来进行固相焊接是可行的。作为介于一般压力焊与扩散焊之间的一种新焊接方法，相变超塑性焊接对很多金属材料的连接具有一定的应用前景。     

AISI304/低碳钢真空扩散焊接头组织和性能

采用真空扩散焊接方法连接AISI304奥氏体不锈钢和低碳钢异种材料.在焊接温度和焊接压力恒定的条件下,研究焊接时间对ASTM304/低碳钢异种材料扩散焊接头组织和性能的影响.研究结果表明:在焊接温度850℃,焊接压力10 MPa,焊接时间60 min条件下AISI304奥氏体不锈钢/低碳钢异种材料实现了良好的扩散结合,其强度和韧性均超过低碳钢母材水平.接头抗拉强度达到440 MPa,拉伸断裂发生在低碳钢一侧.在扩散焊高温环境下,界面附近有碳化物偏析现象,析出相为脆硬的Cr23C6,脆硬相的出现导致界面韧性下降,延长焊接时间可有效避免有害化合物Cr23C6的析出,冲击韧性达到120.5 J/cm2,冲击断口在低碳钢一侧.     

线圈骨架摩擦焊接头裂纹形成的原因分析

对线圈骨架DT4A纯铁和1Cr18Ni9Ti不锈钢摩擦焊接头裂纹的形成进行了原因分析。分析认为摩擦焊接参数没有得到优化，轴向压力卸载过早，焊接不起；而且异种材料物理性能线胀系数上有很大差别，导致摩擦焊接界面周边处形成最大张应力以及奥氏体与非奥氏体不锈钢之间的组织应力容易驱使裂纹的形成。     

三维垂直裂纹在材料界面的扩展及影响因素

 针对三维垂直裂纹扩展到双材料界面时的路径选择问题,建立了双材料三维垂直裂纹在界面扩展的计算模型,提出了三维垂直裂纹在材料界面扩展的3 种方式及判断准则;以线弹簧模型模拟两种材料间的界面胶结情况,得到了裂纹在界面处的剪切位移及剪切应力,结合虚拟裂纹扩展技术计算能量释放率沿裂纹边缘的分布情况,分析了裂纹长度、界面参数及材料弹性模量对裂纹扩展路径的影响。结果表明,随着裂纹长度的增大,界面剪切位移逐渐增大,界面容易发生剪切滑移;随着界面参数的增大,能量释放率减小,同时,剪切位移也随之急剧减小,说明界面参数的增大对阻止裂纹穿透界面及沿界面扩展具有明显作用;当裂纹在较硬材料内时,裂纹容易穿透界面进入较软材料内。     

金属薄膜──陶瓷基组件热载屈曲失效

以康铜、镍不同厚度的薄膜，陶瓷Ａｌ２Ｏ３基组成微电子组件模型，在热载作用下，通过试验观察到薄膜在界面处的分层和屈曲失效。测量了分层和屈曲高度随载荷变化规律、过屈曲初始裂纹扩展。用屈曲理论和分界面能量释放率等理论进行了分析。     

AgCuTiZr钎料激光钎焊钛/钢连接机理与接头性能

钛和钢广泛应用于“陆海空天”等领域，由于钛与钢的物理化学性能差异，连接界面常形成大量脆性金属间化合物，限制了其广泛应用。在分析钛/钢异种材料焊接的基础上，采用激光钎焊工艺，利用自行研制的AgCuTiZr钎料进行了钛/钢连接实验研究。结果表明，该活性钎料对基体材料润湿性良好，钎焊层组织致密、表面平整；在结合界面处出现了活性元素的扩散，钎焊层中有多物相共存，界面间实现了化学冶金结合；AgCuTiZr活性钎料激光钎焊层具有较高的硬度，达到基体材料的1.5倍，耐磨性与被连接材料45钢/TA2基本一致，抗拉强度达到595 MPa,实现了两种被连接材料的可靠连接。激光热源的显著优点适合于异种金属材料的钎焊连接。     

双材料界面裂纹的能量释放率分析

利用J积分得到了一般条件下双材料界面裂纹的能量释放率(SERR),并按照裂纹尖端法向应力为0和Ⅰ和Ⅱ型耦合量JⅠ,Ⅱ为0的条件得到了应变能量释放率的Ⅰ型和Ⅱ型分量.其应变能量释放率分解的结果表明,轴力和弯矩都会产生Ⅰ型和Ⅱ型应变能量释放率分量.     

温度-荷载作用下玻璃纤维增强塑料-泡沫夹层结构Ⅰ型断裂韧性分析

以玻璃纤维增加塑料(GFRP)-泡沫夹层结构为研究对象,在不同温度条件下,采用拉伸试验确定聚氨酯泡沫芯材料的拉伸性能;经差示扫描量热分析法(DSC)测试GFRP树脂的玻璃化转变温度;通过双悬臂梁(DCB)试验研究,测试不同温度(30、50、70和90℃)条件下,夹层结构的I型裂纹扩展形态和界面应变能释放率,分析温度对GFRP-泡沫夹层结构界面数性能的影响。结果发现:GFRP树脂的玻璃化温度为90℃;温度对聚氨酯泡沫的拉伸强度和拉伸模量影响较小;随着温度的升高,GFRP-泡沫夹层结构的荷载呈下降趋势,界面应变能释放率的峰值越来越大。运用能量释放率断裂准则判别裂纹扩展符合理论要求。     

铝合金/钢搅拌摩擦焊与冷金属过渡焊搭接接头的拉剪载荷及显微组织分析

分别采用搅拌摩擦焊和冷金属过渡焊进行铝合金与镀锌钢的焊接试验,通过对焊缝截面显微组织、界面层成分及显微硬度的对比分析,研究影响焊接接头拉剪载荷和失效形式的因素。结果表明:搅拌摩擦焊接头的拉剪载荷接近于母材,焊缝晶粒细小、组织致密,显微硬度高于冷金属过渡焊接头,铝合金-钢异种金属界面层的结合为通过"洋葱瓣"状结构的机械咬合和冶金结合,界面层厚度约为20μm,为Al-Zn固溶体;冷金属过渡焊接头的拉剪载荷较铝母材降低了37.8%,在熔合线附近断裂,熔合线附近为柱状晶,焊缝根部存在热裂纹,显微硬度较铝母材的降低了30%,界面层厚度约为5μm,为Al-Fe金属间化合物。     

热轧不锈钢复合板界面组织与拉伸断裂的研究

本文借助SEM、EDS和EPMA等分析了热轧不锈钢复合板界面组织及拉伸断口特征,结果表明:复合板结合界面存在元素扩散现象,不同元素扩散距离不同从而导致形成特殊带状组织;无Ni结合界面的拉伸断口呈沿晶断裂特征;含Ni结合界面因元素扩散受到抑制,拉伸断口呈韧性断裂特征,其界面抗剪强度相比无Ni结合界面虽有所下降,但仍远大于国标要求的210 MPa。拉伸断裂过程动态抓拍结果显示:复合板结合界面先发生曲折开裂,随后基层与复层发生不同步断裂。     

钢/铝回填式搅拌摩擦点焊接头界面形貌和组织研究

采用回填式搅拌摩擦点焊实现了钢和铝合金板的连接。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪等设备观察了钢/铝点焊接头的界面形貌，并分析了钢/铝点焊接头的力学性能与界面形貌的关联机制。结果显示，钢/铝点焊接头的断裂类型为钮扣断裂，力学性能较好。钢/铝点焊接头结合良好，未见明显的焊接缺陷。在钢/铝点焊接头界面处可以观察到钩状结构和漩涡结构，这些结构提供机械互锁效果，有利于母材的结合。钢/铝点焊接头界面处形成了主要元素为Al、Fe和Si的金属间化合物层。有效的冶金结合和机械结合是钢/铝点焊接头性能良好的主要原因。     

Reinforcing effect of laminate structure on the fracture toughness of Al_3Ti intermetallic

Metal/intermetallic laminate composites can improve the mechanical properties of intermetallic materials using metal layers. In recent years, titanium aluminide intermetallics have received increasing attention due to their excellent performance properties, such as high melting point, high specific strength and stiffness, and good corrosion resistance. However, the low fracture toughness of Al_3Ti alloys at room temperature has greatly limited their application, and fiber or particle reinforcement has not shown a significant toughening effect. Research into the reinforcing effects of the interface and near-interface zone on the fracture behavior of Al_3Ti is lacking. Ti/Al_3Ti metal/intermetallic laminate composite was synthesized from titanium and aluminum foils using vacuum hot-pressed sintering technology. The microstructure of the prepared material was analyzed by scanning electron microscope and electron backscattered diffraction. Results illustrate that both Ti and Al_3Ti were single-phase and there was a noticeable stress concentration on the interface. To obtain indentation and cracks, loads were applied to different locations of the composite by a microhardness tester. The growth path of the cracks was then observed under microscope, showing that crack propagation was prevented by the interface between the Ti and Al_3Ti layers, and the cracks that propagated parallel to the laminate shifted to the interface. Fracture toughness of the different areas, including Al_3Ti layers, interface, and near-interface zone, were measured by the indentation fracture method. The fracture toughness at and near the interface was 1.7 and 2 times that of the Al_3Ti layers, respectively. Results indicate that crack blunting and crack front convolution by the laminate structure was primarily responsible for increased toughness.     

Q345B钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳试验

为了研究不同加载制度下的钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳性能,设计并完成了六个足尺全焊接梁柱节点焊缝低周疲劳试验,研究了节点焊缝的疲劳裂纹萌生及扩展规律,分析了循环幅值、加载历程对节点疲劳性能的影响,比较了在常幅、变幅及随机荷载作用过程中的疲劳损伤累积程度。结果表明:在三种加载制度下,梁翼缘焊接孔处焊趾最易萌生疲劳裂纹,最终断裂的路径均为焊接孔焊趾裂纹斜向发展,与翼缘焊缝端部裂纹汇合,造成全截面断裂;试件直接经历等幅大变形对节点的疲劳性能较为不利,经历由小变形到大变形的加载过程更能发挥耗能能力;常幅加载的幅值越大,节点累积损伤的速率越快,越早发生疲劳断裂.     

碳扩散对非真空热轧不锈钢复合板结合性能的影响

采用非真空热轧方法制备304不锈钢/Q235碳钢复合板材,利用OM、SEM、EDS等研究了不同压下率和轧后冷却方式下复合界面夹杂物、界面组织及力学行为的演变,并分析了C扩散对复合板界面组织形成及结合强度的影响。结果表明,随着轧制压下率的增加,界面夹杂物由块状向线型、连续点状乃至弥散点状分布变化。当压下率较低(28%)时,复合板剪切断裂位于结合界面处,随着压下率增加至47%及以上,复合板断裂位置为脱碳铁素体区。另外,热轧复合板经水冷工艺处理后,由于冷却速率较快,要抑制碳钢侧C元素的扩散,避免复合界面处脱碳区域的形成,从而提高了复合界面的结合强度。     

热轧不锈钢复合板冲击性能研究

研究在不同复合比及温度条件下冲击载荷对热轧不锈钢复合板力学性能的影响。结果表明,热轧复合板随覆层厚度增大或试验温度升高,其冲击吸收能增大,覆层厚度为8mm时,冲击功达到稳定值150J;碳钢层断面为解理面与韧窝混合断裂形貌,不锈钢层断面为韧窝断裂形貌,靠近复合界面不锈钢侧呈沿晶断裂与韧性断裂形貌;复合界面处开裂情况对缺口位置不敏感;热轧不锈钢复合板冲击加载过程复合界面不易开裂。     

Microstructure and properties of pure iron/copper composite cladding layers on carbon steel

In the present study, pure iron/copper composite metal cladding was deposited onto carbon steel by tungsten inert gas welding. The study focused on interfacial morphological, microstructural, and mechanical analyses of the composite cladding layers. Iron liquid–solid-phase zones were formed at copper/steel and iron interfaces because of the melting of the steel substrate and iron. Iron concentrated in the copper cladding layer was observed to exhibit belt, globule, and dendrite morphologies. The appearance of iron-rich globules indicated the occurrence of liquid phase separation (LPS) prior to solidification, and iron-rich dendrites crystallized without the occurrence of LPS. The maximum microhardness of the iron/steel interface was lower than that of the copper/steel interface because of the diffusion of elemental carbon. All samples fractured in the cladding layers. Because of a relatively lower strength of the copper layer, a short plateau region appeared when shear movement was from copper to iron.     

Cr-Ni-Mo-Cu堆焊合金与304不锈钢的空蚀

将Cr-Ni-Mo-Cu合金通过钨极氩弧焊堆焊到304不锈钢表面,利用超声波振动设备模拟空蚀环境,研究Cr-Ni-Mo-Cu合金作为不锈钢堆焊层,在人工海水环境下的空蚀行为及耐空蚀性能,测定Cr-Ni-Mo-Cu堆焊合金空蚀过程中的失重量和失重率,并与同样空蚀条件下的304不锈钢进行对比,用扫描电镜(SEM)对试样堆焊层的空蚀后的表面与截面进行观察.结果表明:Cr-Ni-Mo-Cu合金材料比304不锈钢具有更好的耐空蚀性能;空蚀过程中合金在晶界薄弱处易产生裂纹,并在延伸和扩展后促使材料发生剥落;空蚀冲击使合金发生了加工硬化,提高了堆焊层的耐空蚀性能.