WC-钢复合材料的断裂过程与断口分析

本文用光学金相显微镜在三点弯曲载荷作用下,观察了不同热处理状态的WC-钢复合材料GJW50断裂全过程;用扫描电镜进行了断口分析。结果表明,随着外加载荷增大,试样下表面张应变量ε_θ增大,当达到最大张应力时便产生显微裂纹。其显微裂纹总是在粗大的WC粒子和硬质相WC聚集区的WC粒子间界面以及孔隙处优先萌生。随着应变量增大,已开裂WC粒子中的微裂纹张开粗化,与此同时,尺寸较小的WC粒子开始产生微裂纹;应变量进一步增加,已开裂WC粒子的裂纹进一步张开,向前发生扩展。并对其扩展的可能途径进行了研讨。     

压缩机叶轮断裂分析

对103-JHP压缩机叶轮断裂事故进行了宏观断口,裂纹分布,微观断口及组织性能的研究,并用故障树方法进行了断裂过程和断裂原因的分析。结果表明:由于过大的轴向应力使一级叶轮轮盖偏磨,产生附加疲劳载荷,使轮盖先掉,轮盘断裂,引起事故发生。故障树分析把断裂过程和断裂原因结合起来,对失效分析有一定的参考价值。     

不同应力下7B04铝合金的疲劳断口

采用金相、电镜扫描显微技术对不同应力下铝合金的疲劳断口显微组织进行分析和对比研究,揭示该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。研究结果表明:疲劳裂纹一般在材料表面或近表面处萌生,与表面的距离随加载应力升高而减小,在应力为285MPa时裂纹于距表面约250μm处萌生,而在430MPa时裂纹萌生于材料表面;在裂纹源附近观察不到疲劳辉纹,且加载应力越高,这个区域的面积就越小,而裂纹扩展区的疲劳辉纹间距随应力的增大而增大;裂纹形成后,微裂纹沿着与应力轴呈45°角的最大切应力方向向纵深扩展,然后转向与拉应力轴正交的方向扩展,最后瞬断,且随着应力的增大,断口上疲劳裂纹扩展区的面积减小,瞬断区的面积增大。     

WC-钢复合结构的D-B断口分析

采用扫描电镜研究了WC——钢复合结构的断口形态。试验用的合金为:WC 50％,C 0.25％,Cr 0.5％,Mo 0.25％。结果证实此类断口与普通复合材料的韧——脆性断口相似,而基体的断口与普通钢的断口相类似。很明显,断口中的大韧窝是以WC颗粒为中心的。有时在WC颗粒表面出现解理断口。通过试验发现裂纹扩展途径主要是沿着WC与基体的界面进行。通过不同的热处理,可以获得韧窝断口,准解理断口或撕裂型断口。为了提高此类合金的机械性能,改善基体的韧性与WC——钢界面的浸润性是十分重要的。     

铁路钢桥高强度紧固螺栓断裂分析及防护

为探求高强度紧固螺栓发生断裂的原因,对某铁路钢桥上断裂的紧固螺栓进行了失效分析。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、金相显微镜、洛氏硬度仪、X射线荧光光谱仪、电子万能试验机等技术手段,对铁路钢桥失效螺栓的断口形貌、断口微区成分、显微组织、硬度、螺栓用钢的成分以及力学性能等方面进行分析与研究。结果显示：螺栓用钢的化学成分、硬度及力学性能均符合国家标准要求;螺栓断口起裂区存在树枝状裂纹,裂纹内部有含硫的腐蚀产物,且螺栓工作时所受外力为交变载荷。因此,螺栓的断裂是在交变载荷下发生的腐蚀疲劳断裂。螺栓断裂的初始裂纹源位于螺杆上螺纹的根部或螺柱与螺母连接位置的根部,为由硫元素引起的应力腐蚀裂纹。此研究为防止螺栓发生应力腐蚀裂纹及衍生病害提供了理论依据。     

电位极化方式对奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂敏感性的影响

在慢应变速率拉伸过程中通过施加循环电位扫描及电位阶跃等不同的电位极化方式，研究了奥氏体不锈钢在酸性氯化物溶液中的应力腐蚀开裂敏感性，并利用ＳＥＭ技术观察了断口形貌。结果表明，电位扫描速度和电位阶跃频率对裂纹萌生扩展起决定作用。相同电位范围内，电位阶跃比电位扫描导致更高的材料断裂敏感性。     

电位极化方式对奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂敏感性的影响

在慢应变速率拉伸过程中通过施加循环电位扫描及电位阶跃等不同的电位极化方式，研究了奥氏体不锈钢在酸性氯化物溶液中的应力腐蚀开裂敏感性，并利用ＳＥＭ技术观察了断口形貌．结果表明，电位扫描速度和电位阶跃频率对裂纹萌生扩展起决定作用．相同电位范围内，电位阶跃比电位扫描导致更高的材料断裂敏感性．     

纤维方位角对玻纤复合材料破坏机理的影响研究

利用扫描电子显微镜（SEM）对不同纤维方位角的玻纤增强树脂复合材料（GFRP）在单拉载荷下的破坏过程进行了实时观测．在桥联模型基础上，将纤维剪应力和基体正应力定义为界面的应力状态，对概化的GFRP材料单元进行了定量分析，得到了单拉载荷下纤维体积分数为27．5％的单元起裂时的应力状态，并通过最大应力强度准则确定了导致起裂的应力分量．综合SEM图片中裂纹形态和断口形貌，分析了不同纤维方位角的GFRP材料裂纹萌生和裂纹扩展的机理．分析结果表明，随着纤维方位角增大，导致GFRP材料裂纹萌生的应力分量由基体最大主应力演化为界面剪应力；裂纹扩展路径由最大主应力控制的基体开裂演化为最大剪应力控制的界面开裂．     

690合金传热管疲劳裂纹扩展研究

采用销加载拉伸方法和直流电压降法测试技术,测量了室温和高温325℃空气中3种不同工艺的690合金传热管的疲劳裂纹扩展速率.试验采用Paris-Erdogan公式进行拟合分析,证明了结果的真实性和可靠性.高温加速了疲劳裂纹扩展.由疲劳裂纹扩展速率曲线可以预测出3种690管材在高温325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔKth,扫描电子显微镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,在穿晶断口上观察到明显的疲劳辉纹和微塑性区.     

轨道交通用7003铝合金型材失效行为分析

采用金相、扫描电镜和透射电镜观察以及慢应变速率拉伸应力腐蚀实验等分析测试方法对轨道交通用7003铝合金型材的失效原因进行分析。研究结果表明:型材失效件的裂纹为沿晶扩展,且有支裂纹向外扩展;失效件断口形貌呈冰糖块状花样特征,断口表面附集着铝、锌的氧化物,还有少量氯化物和硫化物,经分析失效型材的裂纹是由应力腐蚀导致的沿晶脆性断裂。型材试样在30 g/L Na Cl+10 m L/L HCl腐蚀溶液中的抗拉强度为181.5MPa,断裂时间为5.1 h,在空气中的抗拉强度为320.3 MPa,断裂时间为27.7 h,试样的应力腐蚀敏感指数(ISSRT)为0.46。晶界析出相尺寸较小、密度大,且呈链状连续分布,在腐蚀过程中,晶界连续析出相易成为阳极腐蚀通道,是较高的应力腐蚀敏感性的主要原因。     

Ni基合金激光熔覆层裂纹机理研究

激光熔覆得到的Ni基合金熔覆层容易出现裂纹,这是导致Ni基合金熔覆层失败的主要因素.基于实验及微观检测分析,以Ni60熔覆层为研究对象,从组织和应力方面对激光熔覆过程中熔覆层裂纹的开裂及扩展机理进行了研究.综合熔覆层微观组织、物相以及断口形貌分析发现,熔覆层不同位置晶体组织差异显著,材料硬度与裂纹敏感性随硬质相分布的增加而升高,Ni60熔覆层的裂纹属于准解理的脆性断裂,裂纹萌生于熔覆层顶部,并沿硬质相向内部规律性扩展.根据热残余应力模型与Griffith脆性断裂强度模型建立了涂层开裂判据,并在此基础上提出相应的裂纹消除方法,改善了金属的性能.     

玻璃孔加工入口破损形成机理

为研究BK7玻璃孔加工过程中入口破损的形成机理,在对破损形貌进行显微观测的基础上,分析了单个磨粒的动力学特性及刀具端面上磨粒的分布特征,对单个破损的深度和宽度进行了测量与分析,并借助于压痕断裂力学理论研究了边缘破损及破损表面散射状条纹的形成机理.结果表明:刀具端面上不同磨粒距离边沿的距离不同,其联合刻划作用导致侧向裂纹扩展至孔径之外,使得孔入口破损呈现出参差不齐分布特征;在侧向裂纹形成过程中,材料受力状态的改变导致破损表面出现了大量散射状条纹;利用压痕断裂力学理论建立的入口破损深度与宽度之间的理论关系模型的正确性经实验得以验证,破损深度随其宽度呈非线性单调递增.     

SAF 2707HD旋转弯曲疲劳性能

针对SAF 2707HD双相不锈钢进行旋转弯曲疲劳实验.利用升降法计算得到疲劳极限,根据实验数据绘制应力-疲劳寿命(S-N)曲线,再利用扫描电子显微镜(SEM)对试样疲劳断口进行观察,分析了疲劳裂纹源的类型和断裂机制.统计数据表明:由于试样表面裂纹源引起的断裂基本发生在105次循环或之内,而由于内部裂纹源引起的断裂基本...     

汽轮机上盖开裂成因分析

本文运用废品分析手段对该汽轮机上盖在生产过程中产生开裂的原因进行了分析,通过对断口处化学成分、断口形貌以及显微组织的分析,发现裂口处存在大量的以硫化物为丰的非金属夹杂物,这些夹杂物破坏了基体金属的连续性,也导致铸件在凝固的过程中在热应力的作用下产生裂纹,在随后的热处理过程中由于形成马氏体而产生的组织应力又加剧了裂纹的扩...     

高性能管线钢落锤撕裂试样断裂性能的试验研究

对不同缺口形式的X70管线钢试样进行了准静态三点弯曲断裂和示波落锤撕裂试验，详细研究了加载速度和缺口形式对管线钢断裂的影响，分析了高性能管线钢落锤撕裂试验中出现异常断口的原因．研究表明：异常断口常出现在韧脆转变温度附近，温度较低和较高均不易产生异常断口；管线钢动态断裂扩展是由许多裂纹扩展、止裂、重新起裂过程组成的，裂纹在整个韧带上的扩展速度变化幅度很大；裂纹扩展速度改变引起的裂尖应力状态变化、断裂的扩展方向和韧脆状态改变也可产生异常断口，仅通过改变试样缺口形式来减小试样起裂载荷和起裂功，并不能完全避免异常断口的产生．     

制备及处理工艺对Cu/WC复合材料性能的影响

对采用粉末冶金法制备的Cu/WC复合材料分别进行复压、轧制和热挤压、冷拔等处理 ,研究表明这些工艺均可不同程度地改善WC颗粒的分布 ,提高烧结体的密度、硬度和导电性 ,特别是拉伸断裂强度的增加尤为显著 .文中借助扫描电镜照片重点分析了不同工艺状态下拉伸断口的形貌和强度增加的原理 ,探讨了Cu/WC复合材料可能的断裂机理 .     

小锥度试样在研究应力腐蚀裂纹形核中的应用

尝试利用小锥度试样测量304不锈钢应力腐蚀裂纹的形核时间,以确定裂纹形核在整个断裂过程中的贡献.结果表明,用小锥度试样可以有效测量应力腐蚀裂纹的形核时间.对304不锈钢,在沸腾MgCl2溶液中应力腐蚀裂纹的形核时间与应力之间满足ti=4310exp(-0.0097σ),而断裂时间与应力的关系为tf=6964exp(-0.0095σ),说明应力腐蚀断裂时间的大部分来源于裂纹的形核过程.断口形貌与外加应力有关,随外加应力增大,断口的穿晶解理部分减少.     

60Mn环件断裂失效分析

60Mn环件装配后发生崩裂,采用断口分析、化学成分分析、金相分析及低倍分析等方法进行了失效分析。结果表明,环件中存在白点,白点在装配应力和内部氢压的作用下发生滞后扩展,当白点裂纹长大到一定尺寸时,裂纹尖端的应力强度因子达到断裂韧性,从而发生崩裂。     

材料损伤的约束应力区裂纹模型与求解

以约束应力描述材料的损伤程度,约束应力的大小和分布取决于材料的损伤状态,建立了描述材料破坏过程的约束应力区裂纹模型。考虑约束应力为线性分布,在远场均匀拉应力作用下,采用Muskhelishivili方法对I型约束应力区裂纹模型进行求解,得到了应力强度因子与裂纹张开位移的解析解。并通过数值计算研究了各因素对应力强度因子与裂纹张开位移的影响。     

机车轮心裂纹及热处理工艺分析

某机车在运行中轮心出现裂纹,造成行车安全隐患。对此情况进行宏观检验、断口分析、化学成分分析及金相检验等,结果表明轮心产生裂纹的主要原因是轮心热处理不良,造成金相组织不符合要求,疲劳性能及抗冲击性能下降,在循环应力、剪切应力和冲击应力的作用下,发生疲劳裂纹。