纳米压入法点阵分析金属微观组织力学性能

利用Berkovich金刚石压头对3种黄铜和2种碳钢共5种常见双相合金材料进行纳米压入法点阵实验,采用高斯混合模型(GMM) 拟合实验数据的频率直方图,评估单相态的微观力学性能(压痕硬度H_IT、弹性模量E_IT)和体积分数。结果表明：黄铜α相和β相的压痕硬度以及弹性模量差距较小,相界效应在频率直方图中没有显现,应采用双峰高斯模型对压痕硬度和弹性模量的频率直方图进行拟合。碳钢的相界效应不可忽略,应采用三峰高斯模型对点阵数据进行拟合。双峰或三峰高斯模型拟合得到压痕硬度和弹性模量与独立纳米压痕实验结果接近。利用双峰高斯模型对微观力学性能参数(如弹性功W_e和总功W_t等)的频率直方图拟合得到的材料各相态体积分数与使用Image Pro-plus 6.0软件得到的体积分数f_r相近。大载荷下压痕实验得到的弹性模量E_m与点阵结果的加权平均值E_ave一致,压痕硬度有明显的压痕尺寸效应。     

Ti6Al4V合金的纳米硬度载荷依赖性实验研究

采用原位纳米测试系统对氮离子注入前后的Ti6Al4V合金试样进行纳米压痕实验,研究材料纳米硬度的载荷相关性和尺寸效应,及其在纳米尺度下材料的塑性变形过程。结果表明:纳米硬度具有明显的载荷相关性,在临界载荷Fc以下,随着载荷的增加纳米硬度呈线性增加;在临界载荷Fc以上,随着载荷的增加纳米硬度呈非线性减小,并稳定在一个值上。此外,纳米硬度随着压入深度的增加而减小,并且Ti6Al4V合金的纳米硬度极限载荷FH和稳定纳米硬度Hs分别为550μN和5.6GPa,而经过氮离子注入后的Ti6Al4V合金的纳米硬度极限载荷FH和稳定纳米硬度Hs分别提高到700μN和6.7 GPa。     

Mechanism of brittle-ductile transition of a glass-ceramic rigid substrate

The hardness, elastic modulus, and scratch resistance of a glass-ceramic rigid substrate were measured by nanoindentation and nanoscratch, and the fracture toughness was measured by indentation using a Vickers indenter. The results show that the hardness and elastic modulus at a peak indentation depth of 200 nm are 9.04 and 94.70 GPa, respectively. These values reflect the properties of the glass-ceramic rigid substrate. The fracture toughness value of the glass-ceramic rigid substrate is 2.63 MPa?m1/2. The material removal mechanisms are seen to be directly related to normal force on the tip. The critical load and scratch depth estimated from the scratch depth profile after scratching and the friction profile are 268.60 mN and 335.10 nm, respectively. If the load and scratch depth are under the critical values, the glass-ceramic rigid substrate will undergo plastic flow rather than fracture. The formula of critical depth of cut described by Bifnao et al. is modified based on the difference of critical scratch depth     

H68/AZ31B复合板连接界面接合形貌及力学性能

镁/铜合金金属层状复合板兼具镁合金轻质高强和铜合金耐蚀性优及导电性好的特点，属于结构和功能与一体的复合材料。本文提出采用爆炸焊接方法制备H68/AZ31B复合板，并对其连接界面形貌、微观组织形貌特征及界面微区力学性能进行系统表征分析。对界面区组织进行EDS和TEM分析研究发现，其连接界面过渡区有三部分典型特征:1）靠近H68铜合金侧的扩散层组织；2）局部金属熔化的凝固结晶组织，其组织成分包括Cu、CuZn₂和α-Mg；3）靠近AZ31B镁合金侧的大塑性变形区；对近界面区的组织进行EBSD分析发现，H68铜合金侧的组织呈现混合孪晶组织的多边形规则晶粒形貌，而靠近AZ31B镁合金侧的组织呈现细小的等轴再结晶晶粒形貌；采用纳米压痕对连接界面过渡区进行测试表征发现，过渡区组织硬度远高于两侧基体的硬度。综合分析发现，爆炸焊接H68/AZ31B复合板连接界面的接合机理可以归纳为两侧基体金属合金的互扩散和界面微区金属局部熔化凝固结晶的冶金结合机理。