WC-钢基复合材料断裂韧性与断口形貌特征

采用单边切口梁法（ＳＥＮＢ）测试了１２种工艺状态的ＷＣ增强钢基复合材料的断裂韧性Ｋｃ,并用扫描电镜观察了其断口形貌．试验表明ＳＥＮＢ法对于ＷＣ－钢基合金的断裂韧性测试适用可行,数据稳定．研究发现数量众多（４０％左右）的硬质相对材料的断裂韧性起决定性作用,细化硬质相及加强硬质相－基体交互作用有利于材料断裂韧性的提高．断口的主要特征为ＷＣ解理、基体准解理及部分分散韧窝和韧窝带     

热处理对WC-钢复合材料强韧性的影响

本文研究了GJW50WC-钢复合材料(配料成分重量％:WC50、C 0.25、Cr 0.50、Mo 0.25、Fe余量)不同热处理状态下的性能、组织及断口。结果表明:高温淬火、等温淬火均能提高其强韧性,回火温度亦对强韧性产生一定影响。影响WC-钢复合材料强韧性的微观因素除了WC颗粒的数量、形状、大小及分布外,还有残余奥氏体量;未溶碳化物质点的数量及大小;回火及等温组织中析出碳化物的形状、大小及分布;马氏体、贝氏体及铁素体的强度和塑性。不能通过热处理大幅度提高此类材料的强韧性。此外,由于WC与基体的相互溶解,也不利于获得强韧的组织状态。     

超音速火焰喷涂WC涂层替代电镀硬铬：疲劳和摩擦磨损性能

以WC涂层在飞机起落架的应用作为研究背景,对300 M超高强钢基体上电镀硬铬和超音速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层的疲劳及与Al—Ni—Bronze合金的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,有WC涂层300 M钢的疲劳寿命与无涂层300 M钢的疲劳极限和过载下的疲劳寿命相当,WC涂层对300 M钢的疲劳寿命不会产生不良影响;而电镀硬铬使300 M钢的疲劳极限降低120 MPa,疲劳寿命则降低70 %～90 %。疲劳失效分析表明, WC涂层中的疲劳裂纹在界面上发生偏斜,转向沿界面扩展,因此对基体的疲劳寿命没有影响;而电镀硬铬中的的疲劳裂纹扩展到基体表面,显著降低基体的疲劳寿命。10#航空液压油润滑下涂层与Al—Ni—Bronze合金的摩擦磨损表明,与电镀硬铬对磨时,Al—Ni—Bronze合金发生明显的磨损,同时因质量转移而导致电镀硬铬的质量显著增加;而WC涂层仅略有失重,相应地Al—Ni—Bronze合金的失重仅为与电镀硬铬层磨损失重的1/50～1/100。WC涂层与Al—Ni—Bronze合金的磨损机理主要为磨粒磨损;电镀硬铬与Al—Ni—Bronze合金的磨损机理主要为黏着磨损。     

6005A合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究

对6005A—T6铝合金FSW接头、母材以及MIG焊接头进行了疲劳性能试验对比研究。结果表明,FSW接头的抗拉强度约是母材抗拉强度的82．5％;MIG焊试样的抗拉强度约是母材抗拉强度的73．4％。当循环周次N〉10^7时,FSW试样的疲劳强度值接近于母材,约为母材疲劳强度值的93％,而MIG焊试样的疲劳强度值仅为母材的67％。FSW接头热影响区的断口疲劳区形貌为准解理和韧窝的组合形貌。准解理型穿晶扩展裂纹与FSW接头热影响区中原母材枝晶结构有关,断口扩展区形貌为韧窝状形貌。     

稀土元素La,Ce对93WNiFe合金力学性能的影响

通过粉末冶金方法制备了添加稀土元素La,Ce的93W-4.9Ni-2.1Fe合金,研究了稀土元素对高密度93钨合金静、动态力学性能的影响. 结果表明,添加少量的稀土元素La,Ce可以显著提高93钨合金的力学性能. La,Ce的加入使合金断口上钨-钨界面分离和钨-粘结相界面开裂的比例减少,钨颗粒解理断裂和基体相韧性撕裂的比例增加. 稀土元素La,Ce改变了氧和硫在合金中的存在与分布状态,减小了其在钨-粘结相界面的偏聚,从而改善了合金的力学性能.     

铁素体和珠光体含量影响变形过程的原位研究

在扫描电镜下原位观察了两种钢的拉伸变形过程,两种钢分别为以铁素体为主、含少量珠光体的纯净高强钢和以珠光体为主、含少量先共析铁素体的车轮钢.纯净钢拉伸时,不论试样厚度满足平面应变与否,均以铁素体的滑移变形为主,并最终导致韧性开裂,裂纹连续扩展,少量的珠光体对整个变形断裂过程几乎没有影响;断口呈现韧窝状.对于车轮钢,当试样厚度很薄不满足平面应变条件时,尽管先共析铁素体很少,拉伸时,仍以先共析铁素体的变形为先导过程,并在先共析铁素体与珠光体的界面处优先开裂,成为不连续微裂纹,断口呈现韧窝和准解理两种混合特征;当试样厚度满足平面应变条件时,则以珠光体中渗碳体片层的脆性开裂为主,断口呈现准解理特征.     

车轮钢形变断裂过程的原位研究及氢影响

在扫描电镜下对CL60车轮钢单边缺口薄试样(厚度≤0.5mm)进行了原位拉伸实验,并研究了氢的影响.在金相显微镜下观察了带预裂纹的厚度为30mm的楔形张开加载试样开裂过程.结果表明,对薄试样拉伸变形时,不论是否有氢,先共析铁素体优先发生塑性变形,微裂纹沿先共析铁素体与珠光体团的边界形核、扩展;在有氢的情况下,微裂纹更容易通过夹杂物的剥落或夹杂物与基体界面的分离而萌生;薄试样拉伸主要是韧窝断口;对厚试样,裂纹主要通过珠光体中渗碳体片层开裂而扩展,断口也因此主要呈解理特征.     

钨合金力学性能的温度响应

研究90WNiFe(90钨合金)在25～900 ℃的力学性能及断口形貌,得到了温度对90钨合金微观组织和力学性能的影响规律.研究结果表明,随着温度的升高钨合金抗拉强度逐渐下降,断口形貌由钨颗粒解理断裂和粘结相的韧性撕裂为主逐渐向钨颗粒与粘结相界面分离为主转变,钨合金的抗拉强度主要受断口断裂模式的影响;延伸率随温度的升高出现先上升后下降的变化规律,在350 ℃出现峰值,延伸率的变化是合金断口断裂模式的变化和粘结相与钨颗粒塑性变形共同作用的结果.     

高速钢冲击断口的研究

用扫描电镜仔细观察分析了19种热处理状态的W6Mo5Gr4V2高速钢冲击试样断口,发现常规处理及DGG处理均为准解理,显示最大的脆性特征;低温淬火及回火处理脆性材料多为准解理与韧窝的混合型断口,显示了脆性材料在一定条件下的延性特征。影响其断口形貌特征的主要工艺因素是奥氏体化温度,相应的组织因素则是基体的性质与状态。     

铁铬铝合金的氢致脆性

研究了铁铬铝热轧淬水盘条在200℃恒温处理过程中力学性能的变化,以及氢含量,碳化物对合金塑性的影响。结果表明:合金中含氢使盘条变脆,当盘条中氢含量大于1ppm时,随氢含量增加盘条的塑性急剧下降,当盘条中氢含量大于2ppm时,在拉伸时导致脆断。电子金相断口表明:合金的氢脆断口一般为准解理断裂,随合金中氢含量下降,塑性提高的同时,断口由准解理向韧窝型断裂过渡。 试验指出:为提高合金的塑性,合金中碳含量应控制在下限;同时,在冶金生产中,更应注意为消除合金的氢脆而应采取必要的措施。     

WCp/Mn13表面复合材料的制备及其冲击磨损性能

为了克服高锰钢Mn13在中低应力条件下冲击磨损性能差的问题，利用离心铸造法制备了WCp／Mn13表面复合材料，通过扫描电镜、能谱、X射线衍射等手段研究了WC陶瓷颗粒与Mn13基体的界面结构，并用不同粒径的WC颗粒复合材料与高锰钢进行了冲击磨损对比试验．研究结果表明：WC与基体形成了一定厚度的扩散层，扩散层中有细小复合碳化物析出，WC与基体间的结合为冶金结合；小颗粒WC增强复合材料的抗冲击磨损性能优于高锰钢，而大颗粒WC增强的复合材料在冲击载荷较小时，抗冲击磨损性能优于高锰钢，当冲击载荷较大时，抗冲击磨损性能不如高锰钢，因此在冲击磨损工况下，应当选择颗粒尺寸适当的WC颗粒增强高锰钢．     

高碳高铬模具钢的开裂与强韧化

本文以Cr12MoV钢为例研究了高碳高铬模具钢的静弯断裂和含裂纹体条件下的开裂行为;探索了钢的强化和韧化机理。研究发现,此类钢裂纹的萌生一般起始于粗大碳化物的解理,而完成于解理裂纹向钢基体中的延伸。粗大碳化物的解理开裂发生于钢的弹性应变极限状态。基体塑性对其无明显影响,但是却强烈影响碳化物解理开裂后裂纹向钢基体中的延伸。钢中裂纹的扩展属于复杂准解理类型,它不仅与钢基体的塑性程度有关,而且还与钢中碳化物的分布、大小和间距以及裂纹面附近残余奥氏体的应变诱发相变有关。研究认为,此类钢的强化受控于裂纹萌生的阻力,而钢的韧化则取决于裂纹的扩展特征。     

SA508-Ⅲ钢的氢致脆性行为

采用高温高压气相热充氢方法,将氢充入SA508-Ⅲ钢.在常温下,研究了氢与SA508-Ⅲ钢的拉伸变形行为的交互作用,以澄清钢的氢致脆性机理,为核电用钢的安全设计提供理论依据.结果表明,充氢使钢的屈服强度略升高,而钢的断面收缩率明显降低.充氢后钢的拉伸断口由纯微孔聚集型断口转变为韧窝加河流花样复合型断口.钢的屈服强度升高主要归因于在弹性变形阶段氢对位错的钉扎,从而阻碍了位错开动.然而在塑性变形阶段,氢随可动位错迁移并不断富集于碳化物与基体界面处,当氢浓度达到一定值时,造成碳化物与基体之间的结合强度降低,从而引起钢的塑性降低.     

稀土对2Cr13不锈钢夹杂物的变质及对冲击韧性的影响

采用金相、扫描电镜和能谱等分析手段研究了稀土元素铈对2Cr13不锈钢中夹杂物的变质作用以及对冲击性能的影响.结果表明:稀土元素改善了2Cr13不锈钢夹杂物的形貌和大小,未加稀土的钢的断口是典型的解理断裂,加稀土后钢的断口是准解理+韧窝型,韧窝中出现的细小球状稀土硫氧化物夹杂是其转变的主要原因;加微量稀土元素铈的试样低温横向冲击性能比未加稀土的试样大幅度提高,-40℃时提高了54.55%.     

45Cr钢多次冲击断口的电子显微分析

对45Cr钢多次冲击断口进行了电子显微断口分析,结果表明多次冲击断口和一般疲劳断口相似,但有更多的低周疲劳特征.例如韧窝,准解理,晶间断,二次裂纹及轮胎压痕等.在强度塑性的合理配合下,疲劳条纹的宽度最小,比例最大,韧窝准解理等静断特征的比例最少.     

铜对WC—Co和WC—Ni合金的影响

本文研究了铜对WC—Co和WC—Ni合金的影响。 研究表明:WC—Co合金中添加铜可以有效地提高合金的抗弯强度和冲击韧性。WC—15％Co合金中,添加0.5％Cu(重量)时,合金的抗弯强度较WC-15％Co合金提高10％以上。试验得出,WC—15％Co合金的冲击韧性随含铜量的增加而提高,铜添加量为1％(重量)时达最大值,较WC—15％Co合金提高15％。研究指出:WC—Co合金中加入铜后,能细化合金的碳化物晶粒。 研究表明:在WC—8％Ni合金中添加少量铜,可以明显提高合金的抗弯强度而合金硬度降低不大。添加量为1.3％Cu时,抗弯强度达最大值,较WC—8％Ni合金提高25％。研究结果还表明,在WC—8％Ni合金中,随含铜量的增加,合金晶粒渐趋均匀并细化。 试验得出:WC—8％Ni—Cu合金具有良好的耐酸耐蚀性。 研究结果还表明:在WC—Co和WC—Ni中添加铜后,不仅能提高合金性能,而且还能降低产品的成本。     

第三代汽车钢的热塑性及断裂机理

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对第三代汽车钢(TG钢)在不同的变形温度下进行了热拉伸试验,研究其热塑性的变化运用光学显微镜和扫描电镜分析了实验钢热变形的断口形貌及断裂机理.发现实验钢的强度随温度的升高而降低,热塑性曲线分为第Ⅰ脆性区、高温塑性区和第Ⅲ脆性区三个区域,其中第Ⅲ脆性区存在两个塑性极小值.在1300～800℃时实验钢的组织为奥氏体,断裂方式为连孔延性断裂,动态再结晶使韧窝分离前发生了较大的塑性变形,断口为大而深的韧窝;750℃时实验钢沿奥氏体晶界析出铁素体,断裂方式为界面断裂,断口既存在着铁素体内聚失效形成的小的孔洞,也存在由于裂纹沿奥氏体晶界扩展形成的石块状形貌;650℃由于出现了铁素体的准解理,实验钢的塑性下降,热塑性曲线再次出现极小值.     

第三代汽车钢的热塑性及断裂机理

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对第三代汽车钢(TG钢)在不同的变形温度下进行了热拉伸试验,研究其热塑性的变化.运用光学显微镜和扫描电镜分析了实验钢热变形的断口形貌及断裂机理.发现实验钢的强度随温度的升高而降低,热塑性曲线分为第Ⅰ脆性区、高温塑性区和第Ⅲ脆性区三个区域,其中第Ⅲ脆性区存在两个塑性极小值.在1300～800℃时实验钢的组织为奥氏体,断裂方式为连孔延性断裂,动态再结晶使韧窝分离前发生了较大的塑性变形,断口为大而深的韧窝;750℃时实验钢沿奥氏体晶界析出铁素体,断裂方式为界面断裂,断口既存在着铁素体内聚失效形成的小的孔洞,也存在由于裂纹沿奥氏体晶界扩展形成的石块状形貌;650℃由于出现了铁素体的准解理,实验钢的塑性下降,热塑性曲线再次出现极小值.     

硬脆颗粒增强金属基复合材料切削区的变形

在切削力作用下硬脆颗粒增强金属基复合材料内部应力分布不均匀,基体发生弹性变形—塑性变形,增强颗粒发生弹性变形并可能破碎,然后基体夹裹颗粒协调变形并流动．在成屑的层积阶段剪切变形区和层积区中易生裂纹,其后裂纹在切削层中可能沿基体—增强颗粒结合界面扩展、颗粒穿晶解理或破碎、绕过颗粒只在基体中扩展．复合材料的组织和性能,尤其增强颗粒的含量、粒度和与基体的界面结合强度是影响其切削变形的主要因素．     

碳纤维增强锌基合金复合材料的断裂特性分析(英文)

碳纤维增强锌基合金复合材料已经用液态渗透法制造出来了,并且进行了拉伸和冲击试验。本文着重对拉伸和冲击断口用扫描电镜和电子探针进行了分析。结果说明纤维与锌或锌合金的界面结合很弱,以致在它们的断口上有大量的纤维拔出。这种复合材料的失效是受基体的解理断裂控制的,所以基体的韧性及纤维和基体的结合力影响复合材料的断裂特性。