低周冲击加载评价硬质合金韧性的研究

通过低周冲击试验方法研究了几种不同WC晶粒度及Co相含量的硬质合金冲击疲劳性能并对其韧性和增韧效果进行了初步评估.试验结果表明:当WC晶粒度一定时,硬质合金的低周冲击疲劳性能随Co含量增加而提高;而对于相同Co含量的硬质合金,6.5μm晶粒度合金耐冲击疲劳性要强于1.8μm晶粒度合金.与常规韧性指标相比,低周冲击疲劳性能更有效地反映了硬质合金韧性及增韧作用.     

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。     

纤维增强铝锂合金层板不同加载方式下的疲劳性能

对纤维增强铝锂合金2/1层板及3/2层板材料进行疲劳寿命试验,通过对每种材料试样施加不同循环特征的循环应力(恒幅循环应力,应力比为R=-1;高-低加载,Mini-Twist谱载),共获得了6种应力-寿命试验数据.使用样本信息聚集原理,拟合出了各材料的P-S-N曲线.通过比较相同加载方式不同材料的S-N曲线的差异,对比分析了不同复合结构的材料疲劳性能的特点.结果表明:在5×10~4~5×10~5寿命范围内,恒幅R=-1及高-低加载载荷下,纤维增强铝锂合金3/2层板疲劳寿命性能均优于2/1层板;Mini-Twist谱载下,纤维增强铝锂合金3/2层板的疲劳性能总体上也优于2/1层板.     

硬质合金热处理和钴粘结相的转变温度

本工作证实WC-Co系硬质合金通过热处理可以提高其抗弯强度。所增加的抗弯强度决定于合金中钴的含量,钴含量越高的合金,其抗弯强度的增加重也就越多。主要是由于淬火热处理抑制了高温稳定的面心立方钴相转变成密排六方钴相。 本实验还采用差热分析仪测定了WC—Co系合金在加热过程中,密排六方钴相转变成面心立方钴相的相变温度。发现其相变温度随合金中钴含量的增加而升高,如YG8是742℃,YG15是770℃,YG20是821℃,这是由于高钴合金的粘结相在升温过程中有较高的钨含量。 本实验中还发现,烧结后低钴硬质合金要高于高钴硬质合金的粘结相中的钨含量,因为低钴硬质合金的烧结温度通常是高于高钴硬质合金,一般说来烧结温度越高,则粘结相中的钨含量也就越高,但当烧结态硬质合金再一次加热时,其钴结相中的钨含量要增加。所以淬火后高钴硬质合金的粘结相中的钨含量甚至比低钴硬质合金的粘结相中的还要高,这就是为什么钴粘结相由密度六方转变成面心立方的温度随硬质合金中钴含量的增加而提高。     

CFRP筋粘结型锚具的疲劳损伤模型

通过两种碳纤维复合材料CFRP筋锚固系统在不同疲劳应力比加载条件下的恒幅疲劳试验,借助背面应变片技术,研究了不同疲劳应力比对CFRP筋粘结型锚具疲劳响应的影响;基于Goodman方程,建立了恒幅疲劳荷载下粘结型锚具的疲劳损伤预测模型;通过试验数据与数值模型相结合的分析手段,探究了疲劳应力比对粘结型锚固系统疲劳响应的影响.结果表明:该疲劳损伤模型预测的结果与试验观察数据吻合良好;粘结型锚固系统在疲劳过程中的背面应变变化状态能较好地反映锚固系统内部的疲劳损伤状况,证明背面应变片技术适用于该粘结型锚固系统,且采用基于背面应变的疲劳损伤模型能够很好地模拟应力比对粘结型锚具疲劳响应的影响.     

铸造方法对健身器材用镁合金的组织及疲劳性能的影响

分别采用常规铸造和增压型差压铸造法制备了健身运动器材用AZ91-0.15Y镁合金,并进行了化学成分、物相组成、显微组织和疲劳性能的测试与对比分析。结果表明:与常规铸造相比,增压型差压铸造明显细化了该合金的显微组织,提高了合金的疲劳性能;常规铸锭疲劳断口为脆性断裂,增压型差压铸锭的疲劳断口为解理断裂和韧性断裂的混合,说明后者的韧性更好。     

形变TZM合金的拉伸性能和断口组织

采用粉末冶金方法制备出TZM合金并进行热轧处理,测试不同变形量TZM合金的拉伸性能,分析显微组织和断口形貌.结果表明,TZM合金无论变形与否拉伸断裂均含有沿晶脆性断裂;TZM合金随变形量的增加,加工态纤维组织增多,力学性能增强,断裂表现为由沿晶脆性断裂、解理断裂和穿晶解理断裂向沿晶韧性断裂和准解理断裂转变;随变形量的增加,TZM合金的碳化物相分散均匀、弥散度提高,晶界结合力增强,从而TZM合金的力学性能得以提高.     

高硅铝合金高温微观力学行为研究

高硅铝合金以其优异的性能在电子封装领域具有广阔的应用前景,准确地测量其高温微观力学行为具有重要意义.本文基于数字图像相关(DIC)方法,对Al-27%Si、Al-42%Si、Al-60%Si3种不同硅含量高硅铝合金的拉伸试样开展了扫描电子显微镜(SEM)下的高温原位拉伸实验研究.分析了在20～300℃下测得的3种合金的应力-应变曲线、微尺度全场应变分布规律以及拉伸试样的断口形貌.结果表明,硅的含量和温度对高硅铝合金拉伸力学行为具有显著的影响.随着温度的升高,3种合金的应变量均逐渐增大,其中Al-27%Si的应变量变化最大.3种合金的抗拉强度随温度的升高均近似呈线性趋势降低,常温下Al-27%Si最高,200℃以上时Al-42%Si最高,Al-60%Si合金的抗拉强度最低.在Al-27%Si与Al-42%Si合金的应变场中的铝基体相内部出现了明显的应变集中现象,而Al-60%Si的应变分布较均匀.温度对3种合金的微尺度拉伸变形场分布规律影响不大.合金的拉伸断口形貌表明,随着硅含量的增加,高硅铝合金主要的拉伸断裂机制由铝相的韧性断裂逐渐转变为硅相的脆性断裂,而温度对其影响较小.3种高硅铝合金在不同温度下拉伸时均无明显的屈服现象,也未出现颈缩现象.     

0Cr18Ni9钢腐蚀疲劳弯曲裂纹扩展行为研究

计算分析0Cr18Ni9钢的疲劳弯曲裂纹在NaCl水溶液腐蚀状态下与未腐蚀状态下的扩展速率与应力比R、加载频率f、应力强度因子的变化幅值、弯曲裂纹尖端张开位移变化幅值、弯曲裂纹尖端J积分变化幅值的关系.研究结果表明,随应力比R不断增大及加载频率f逐渐减小,0Cr18Ni9钢的疲劳弯曲裂纹在NaCl水溶液腐蚀状态下的扩展速率逐渐增大,其扩展速率增大的程度在裂纹扩展的第一阶段较明显,第二阶段有所减弱,第三阶段趋于平缓;在NaCl水溶液腐蚀状态下的疲劳断裂特性方面,线弹性疲劳弯曲裂纹与弹塑性疲劳弯曲裂纹与各影响因素的关系具有相似性.     

高温环境2A12–T4铝合金多轴疲劳失效规律研究

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷和热力耦合作用,仅靠常温情况下的单周载荷来简化复杂多轴载荷状态的失效预测方法将不再适用。为研究2A12–T4铝合金的高温多轴疲劳失效规律,本实验在175℃环境温度下,选取等效Von-Mise应力幅值,通过间断式加载记录不同拉扭加载循环下的裂纹萌生与扩展情况,研究特定加载路径对裂纹萌生与扩展的影响。实验结果表明,相位差为0时,裂纹萌生方向沿MSSA平面;在相位差为45°时,裂纹萌生传播方向与最大切应力平面方向相近,最大切应力在裂纹萌生过程中起到主要作用;在λ=0.5、φ=0和λ=1.0、φ=0两种情况下,裂纹萌生初期沿着最大切应力平面方向传播,传播过程中存在第I阶段向第II阶段转变的过程;在λ=0.5、φ=45°和λ=1.0、φ=45°两种情况下,不存在明显的第I阶段向第II阶段转变的过程;对比4种加载方式下的疲劳裂纹萌生期与疲劳寿命比,发现切应力比重的增大加速裂纹的萌生过程,相位差的存在阻碍了裂纹的萌生过程。     

石墨烯对气压烧结WC-Co硬质合金性能的影响

为了减小氧化石墨烯（graphene oxide,GO）在WC-10Co硬质合金中的团聚以及高温液相烧结过程中Co对GO的溶蚀作用,通过化学镀的方式制备了改性氧化石墨烯（GO/Ni）,随后利用静电吸附以及机械搅拌两种方法分别制备了WC-10Co-GO复合粉体和WC-10Co-GO/Ni复合粉体。用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)对改性后的GO以及复合粉体进行微观形貌的表征。采用气压烧结工艺制备了WC-10Co、WC-10Co-GO和WC-10Co-GO/Ni硬质合金并研究了硬质合金的物理性能和力学性能。实验结果表明：随着GO和GO/Ni的加入,硬质合金的密度和洛氏硬度有了略微的降低;对比WC-10Co硬质合金,WC-10Co-GO和WC-10Co-GO/Ni硬质合金的横向断裂强度分别提升了35.2%和59.7%,其中GO/Ni作为作为基体增强相的效果最佳。     

Co－W－C固溶体比矫顽磁力

模拟硬质合金Ｃｏ基胶结相的成分制备了二元Ｃｏ－Ｗ、Ｃｏ－Ｃ固溶体和三元Ｃｏ－Ｗ－Ｃ固溶体模拟合金，探讨了固溶成分影响比矫顽磁力Ｈｓｃ的规律．结果表明，Ｗ和Ｃ的固溶可分别提高和降低其Ｈｓｃ，影响程度随固溶度增加而加剧；由于Ｃ对Ｈｓｃ的影响较Ｗ更为强烈，导致Ｃｏ－Ｗ－Ｃ固溶体模拟合金的Ｈｓｃ低于纯Ｃｏ．     

碳纳米管增强硬质合金的制备及性能研究

为改善硬质合金中增强体碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）的团聚问题,采用化学镀Ni方法对CNTs进行表面改性,利用气压烧结工艺制备了WC-10Co-CNTs硬质合金和WC-10Co-CNTs/Ni硬质合金。对镀Ni前后CNTs的表面形貌、结构及成分进行了分析表征,并研究了CNTs和CNTs/Ni对硬质合金组织及性能的影响。结果表明,CNTs经化学镀改性处理后,表面包覆了致密的纳米Ni颗粒,团聚现象明显改善;在WC-10Co中添加CNTs或CNTs/Ni后可以有效地细化硬质合金的晶粒,降低孔隙率;和未添加的比较,添加质量分数0.1%的CNTs的硬质合金和添加质量分数0.1%的CNTs/Ni的硬质合金抗弯强度分别提高了17.5%和28.2%,热扩散系数分别提高了23.5%和42.8%。     

WC晶粒度不同的双层硬质合金中的梯度结构

以晶粒度不同的2种WC粉末为原料,制备双层硬质合金试样.研究结果表明:在试样的层界面附近,出现过渡显微组织,其WC晶粒度、硬度呈现梯度分布,细晶层一侧的WC晶粒粗化,Co相平均自由程增大,硬度下降;粗晶层一侧的硬度上升;合金两侧的WC颗粒均处于非平衡状态.液相烧结时,界面两侧都有从外界吸入液态钴相以便使WC颗粒达到平衡状态的趋势,由于溶解-析出机制的作用,细晶侧的WC颗粒溶解后通过界面在粗晶侧的WC颗粒上析出,从而使粗晶侧的WC长大并达到平衡状态;与粗晶侧的WC相比,细晶侧的WC颗粒处于更加不稳定的状态,因此,粗晶侧的液态钴相流向细晶侧,使细晶侧的WC骨架发生重组而达到稳定状态.     

高能球磨-热压烧结制备定向排布板状WC硬质合金

采用高能球磨辅助特殊的热压烧结工艺制取定向排布板状WC硬质合金,研究了烧结温度和球磨时间对板状WC晶粒形成及其定向排布的影响.研究结果表明:烧结温度越高,越有利于晶粒粗化,形成大块板状WC晶粒;高能球磨中引入的缺陷是促进WC晶粒长径比提高的主要原因;WC晶粒的均匀性、粒径和长径比是影响其定向排布的主要因素.制备定向排布板状WC硬质合金是同时提高硬质合金硬度和韧性的有效方法.     

不同蠕变条件下耐热钢焊接件的空洞损伤演化

针对两种马氏体耐热钢焊接接头(F92/Co3W2和Co3W2/Co3W2)在105~250 MPa和873~948 K条件下开展蠕变拉伸测试,利用Larson-Miller参数法外推不同温度下焊接接头服役100 000 h寿命对应的蠕变断裂许用应力,研究其在不同蠕变条件下的空洞损伤规律. 随着外加应力的降低,两种焊件的断裂位置、断裂模式及断裂机制均发生了转变,从位于母材的穿晶塑性断裂变为细晶热影响区的沿晶脆性断裂(即Ⅳ型断裂). 针对断口区域的空洞损伤变化规律的研究表明：(1) 当断裂模式由塑性断裂转变为脆性断裂时,断口附近空洞会出现突变,塑形断口空洞“个头大数量少”而脆性断口空洞“个头小数量多”;(2) 在相同断裂模式下,随蠕变应力的减小,空洞按照“尺寸变大、数量密度增大及面积分数增大”的规律变化;(3) Ⅳ型断口处空洞存在合并链接现象,其方向与应力方向垂直.     

螺栓球节点中高强度螺栓的超低周疲劳破坏特征

为研究大震下网格结构螺栓球节点的破坏特征及机理,设计了杆件与螺栓球节点组合试件,采用FCS电液伺服结构试验系统对试件进行低周往复加载试验,加载制度为不对成等幅加载,获得了不同幅值加载下试件中高强度螺栓的变形特征。通过对高强螺栓断口的宏、微观分析探讨螺栓球节点中高强度螺栓低周疲劳破坏特征及机理,获得以下结论：随着加载制度中位移幅值增大,螺栓球节点组合试件中高强度螺栓的疲劳寿命减小,断口的疲劳源增加,扩展区面积减小,瞬断区表面不平整性程度提高;在较低位移幅值的加载制度下,螺栓的起裂机理偏向脆性断裂,随着加载制度位移幅值增大高强度螺栓的起裂机理由脆性断裂向准解理断裂转变,螺栓断口的瞬断区呈现偏向韧性断裂的特征。     

航空铝合金预腐蚀疲劳寿命退化规律

航空铝合金材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过采用扫描电镜及疲劳寿命测试等方法,研究了不同预腐蚀损伤对2xxx铝合金在不同应力比下疲劳寿命的影响,探讨了预腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生扩展的影响机理.结果表明:预腐蚀损伤对2xxx铝合金材料疲劳寿命的影响显著,材料的疲劳性能随着腐蚀损伤程度的增加而明显下降.同时建立了预腐蚀损伤对材料疲劳极限的影响系数C-T-R模型,材料疲劳极限的影响系数C随着预腐蚀时间的增加或者应力比R的增加而变大.断口分析表明,预腐蚀损伤的存在导致裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹萌生由单源转变为多源,并且均萌生于腐蚀坑处.     

Y2O3对再生 WC-8Co 硬质合金组织的影响

以锌熔回收WC-Co复合粉末为原料,采用常规硬质合金生产工艺制备出不同Y2O3含量的再生WC-8Co硬质合金。通过激光粒度分析、SEM及EDS等方法研究了粉末的粒度、再生合金的组织及Y2O3在再生合金中的分布。研究结果表明：Y2O3的添加量为0．4％时,Y2O3可以显著改善再生硬质合金的组织;当Y2O3添加量为1．5％时,其再生硬质合金发生了严重的Y2O3偏聚现象。Y2O3的添加量是影响再生WC-8Co硬质合金组织的重要因素。     

ZrO2添加量对等离子放电烧结制备WC-6Co组织和性能的影响

以WC-6Co为主体原料，通过添加不同含量的ZrO₂作为烧结助剂，采用SPS烧结技术制备出性能出众的WC-6Co硬质合金，研究了ZrO₂烧结助剂对硬质合金显微组织及力学性能的影响规律.结果表明:随着ZrO₂添加量的增加，试样的显微组织更加致密，相对密度更大，硬度和断裂韧性也有一定程度的增加.并且，当添加ZrO₂的质量分数为3%时，试样的相对密度达到96.7%，维氏硬度增加到20.28kN·mm^-2，断裂韧性增长到12.7MPa·mm^1/2，综合性能最优.研究发现，ZrO₂可以通过促进离子的扩散和颗粒的重排促进烧结，最终使得材料的相对密度和性能均得到提升.