不同热冲击过程花岗岩I型和Ⅱ型断裂特性研究

在岩石工程中发生的与高温相关的灾害中,快速降温的影响（热冲击）不可忽视,因此,研究在不同程度的热冲击作用下花岗岩的断裂特性可以对遭受高温灾害后岩石工程的稳定性分析提供理论依据和技术支撑。在本研究中,花岗岩被加热至目标温度（200 ℃、400 ℃、600 ℃）,利用制冷剂的不同温度（-20 ℃、20 ℃、60 ℃） 为高温试样提供不同速率的降温处理。热处理前后对试样干密度、孔隙率和纵波波速进行测定,并通过巴西劈裂试验测试试样Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧度。试验结果表明：干密度、纵波波速以及Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧度均随降温速率的增大而减小,孔隙率则随降温速率的增大而增大;快速冷却引发的拉应力是造成花岗岩损伤的主要原因,且与岩石试样和制冷剂之间的温差呈正相关。     

微扰动作用下预静载硬岩的断裂特性研究

为了研究预静载条件下硬岩在微扰动作用下的断裂特性变化规律,采用花岗岩制作中心直裂纹巴西圆盘(CSTBD)试样,在MTS Landmark电液伺服试验机上,利用圆弧形加载方式,进行硬岩在平行于预制裂纹方向的预静载荷和微扰动载荷的组合作用下的断裂特性研究。设定预静载荷水平为常规准静态断裂载荷的90%,设定微扰动载荷幅值为常规断裂载荷值的10%,下限为常规断裂载荷的80%,上限为常规断裂载荷值。扰动频率分别为1 Hz、5 Hz、10 Hz、20 Hz、30 Hz、50 Hz和70 Hz。研究结果表明:在预静载加载段,岩石试样内部沿预制裂纹方向新的裂纹已经产生发展,并且裂纹扩展的速度随着载荷的增大而增大;在扰动载荷加载段,随着扰动次数的增加,裂纹扩展的速度越来越慢,岩石损伤程度逐渐积累;在断裂破坏段,岩石损伤程度超过了承受极限,裂纹贯穿沿预制裂纹方向贯穿试样,岩石断裂破坏;在预静载作用下,试样已经处于临界失稳状态,扰动作用会诱发试样的断裂失稳破坏,扰动频率超过10 Hz后,减韧效应随着扰动频率的提高并不明显,扰动使得试样的总体变形量有减小的趋势。     

冷却速率对Ti55531合金组织与性能的影响

研究了β退火冷却时冷却速率对Ti55531合金显微组织、室温拉伸性能、断裂韧度和冲击性能的影响。结果表明，Ti55531合金以不同的冷却速率炉冷后，显微组织均由平直晶界α相(α_GB)、残余β相以及尺寸不一的晶内片层状α相(α_WM)组成；随着冷却速率的提高，晶内片层状α相厚度逐渐减小，晶界α相厚度变化不是很明显；Ti55531合金在进行β退火冷却时析出的片层状α相厚度与其力学性能有着直接的关系，随着片层状α相厚度的减小，其抗拉强度和屈服强度逐渐增加，延伸率和断面收缩率逐渐减小，断裂韧度和冲击吸收能量均呈现逐渐减小的趋势。     

700℃循环热冲击下钴基合金的裂纹扩展及应力计算

对不同缺口类型的钴基合金在700℃下进行循环热冲击试验,采用扫描电镜、光学显微镜和长度测量软件等,对合金在不同循环热冲击次数下产生主裂纹的情况进行统计分析,并计算缺口位置首次热冲击所致开裂或裂纹萌生的热应力。结果表明,不同缺口类型的试样在首次或者较低循环次数的热冲击下均产生一定长度的主裂纹;随循环热冲击次数增多,裂纹不断扩展,但扩展速率减小;热冲击过程中,在WC和Cr_7C_3这两相的内部以及它们与基体的界面处易产生微裂纹,微裂纹聚集长大形成主裂纹并沿着易产生微裂纹的区域(薄弱区域)扩展长大,发生弯曲和偏转,最终沿最薄弱区域断裂。缺口位置应力集中程度不同,致使所产生的裂纹长度以及裂纹产生所需要的热循环次数不同。通过有限元计算结果发现:缺口的应力集中程度对开裂产生重要影响,离缺口越远的位置产生的正应力越小。     

微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响

利用不同奥氏体化温度和冷却速率对碳质量分数为0.54%高速车轮钢进行热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距微观组织的试样.在-120~20℃温度下对具有不同微观组织的拉伸试样和三点弯曲（3PB）缺口试样进行测试;采用二维平面应变有限元计算三点弯曲缺口试样缺口前的应力分布;利用扫描电镜对3PB试样断口进行观察并测量解理起裂源的位置;测定不同微观组织车轮钢试样的解理断裂应力.在扩展控制断裂机制下,微观组织对车轮钢的解理断裂应力具有明显影响,晶粒尺寸和珠光体片间距越小解理断裂应力越高.细化晶粒使未扩展微裂纹的特征长度减小,细化珠光体片间距有助于提高珠光体的有效表面能,从而使得解理断裂应力提高.      

特厚EH47止裂钢板及焊接热影响区的组织性能

 为开发大型集装箱船用特厚EH47止裂钢板,提出了一种低碳微合金MnCrNiCu钢,研究了其变形奥氏体连续冷却相变规律,使用控轧控冷工艺(TMCP)试制出最大厚度为85 mm特厚EH47级钢板,使用埋弧焊(SMA)和药芯焊丝气保焊(FCAW)技术对最厚钢板进行焊接试验,研究钢板和焊接接头的显微组织和性能。通过系列V缺口Charpy(CVN)示波冲击试验研究钢板的韧脆转变行为,获得各部位的韧脆转变温度(DBTT)及其解理断裂强度σ_f;测试了钢板及热影响区粗晶区(CGHAZ)全厚度截面的组织和CVN韧性,测试了-10 ℃的裂纹张开位移(CTOD)及其启裂韧性(K_c);通过系列温度梯度宽板双重拉伸(DT)试验,获得了钢板的止裂韧性(K_ca)与温度之间的关系。结果表明,钢板的显微组织由铁素体(PF)、针状铁素体(AF)和弥散分布的马氏体奥氏体(MA)组成;随着精轧压下率和冷却速率逐渐提高,大角度晶界分数逐渐增大,DBTT随之降低;CVN试样和DT试样具有相同的解理断裂临界事件;FCAW CGHAZ由粒状贝氏体(GB)+MA组元为主,SMA CGHAZ由AF+准多边形铁素体(QPF)+MA组元为主,前者K_c低于后者,更容易萌生解理断裂;钢板-10 ℃的K_ca为7 140 N/mm3/2,具备止裂性能。     

锌锅用热轧钢板解理断裂行为分析

通过断裂试样断口的宏观和显微分析、显微组织表征、拉伸和冲击试验以及解理断裂应力条件,讨论分析了锌锅用低强度级别钢板弯曲成形断裂的微观解理断裂行为。结果表明,钢板发生解理断裂的微观机制与冲击试样断裂相同,即晶粒尺寸控制的穿过晶界的裂纹扩展是解理断裂的临界事件。粗大的铁素体晶粒的面积分数过高显著降低了裂纹扩展阶段所需的局部解理断裂应力σf。断口宏观分析判断在钢板边部应存在导致应力集中的初始裂纹源,这极大降低了启动解理断裂的断裂应力并同时提高裂纹源前端的正应力σyy,扩大了解理断裂活跃区至初始裂纹前端,从而不可避免地发生脆性解理断裂。     

热成形加热速率对22MnB5钢组织和性能的影响

22MnB5是常见的热成形高强钢，广泛应用于汽车车身，可减轻车身质量，提高汽车抗冲击和防温性。随着用户对热成形零件生产效率要求的不断提高，特别是感应力加热，火焰直燃加热等快速加热技术的推广应用，热减形加热速率快速提升到120℃/s。为了考察不同加热速率对22MnB5钢热成形后的组织和性能的影响规律，利用淬火膨胀仪、扫描电子显微镜(SEM)和拉伸试验机，分别对加热冷却过程中的热膨胀曲线、热成形后的微观组织和力学性能进行了测定。结果表明，随加热温度升高，试样冷却组织由铁素体向马氏体、贝氏体转变，且150℃/s加热速率下组织中贝氏体和铁素体含量要高于10℃/s加热速率的试样；且当加热速率从10℃/s提高到150℃/s时，22MnB5钢在950℃仍然能够完全奥氏体化，但是冷却试样的条件屈服强度、抗拉强度、断后伸长率都有所下降，分别降低了334 MPa、56 MPa、0.9%。     

锌锅用热轧钢板解理断裂行为分析简

 通过断裂试样断口的宏观和显微分析、显微组织表征、拉伸和冲击试验以及解理断裂应力条件,讨论分析了锌锅用低强度级别钢板弯曲成形断裂的微观解理断裂行为。结果表明,钢板发生解理断裂的微观机制与冲击试样断裂相同,即晶粒尺寸控制的穿过晶界的裂纹扩展是解理断裂的临界事件。粗大的铁素体晶粒的面积分数过高显著降低了裂纹扩展阶段所需的局部解理断裂应力σf。断口宏观分析判断在钢板边部应存在导致应力集中的初始裂纹源,这极大降低了启动解理断裂的断裂应力并同时提高裂纹源前端的正应力σyy,扩大了解理断裂活跃区至初始裂纹前端,从而不可避免地发生脆性解理断裂。     

全层TiAl基合金缺口试样原位拉伸卸载试验的研究

通过对TiAl基合金不同类型的缺口试样进行原位拉伸卸载实验和相应的断裂表面观察,研究了TiAl基合金全层组织的断裂机理。研究发现:对于缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹首先起裂、扩展并最后断裂。在整个断裂过程中断裂是穿层断裂和沿层断裂的混合体,裂纹路径较曲折。在拉伸过程中,试样产生微裂纹导致材料发生损伤,随后卸载再加载时,与先前相比,裂纹更易扩展。预损伤加快了裂纹的产生和扩展,使损伤进一步加重,促使材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降。     

循环条件对YG20硬质合金热冲击裂纹扩展的影响

研究了循环条件对ＹＧ２０硬质合金热冲击裂纹扩展的影响。结果表明，随着循环温度的升高和冷却速率的增加，萌纹萌生的孕育期缩短，裂纹扩展速率增加。扫描电镜观察发现，热冲击断口存在疲劳条纹。     

γ-TiAl基合金压缩损伤与断裂行为的研究

通过对γ-TiAl基合金压缩断裂及压缩卸载试验和试样断口与表面的扫描电镜(SEM)观察,分析压缩应力对裂纹产生、扩展及裂纹形态的影响,进而对该材料的压缩损伤与断裂行为进行较为深入的研究。压缩试验是室温下在Instron 1341试验机上进行的。结果表明,损伤起始于材料的塑性区载荷下降阶段,材料在断裂前发生很大的塑性变形,其压缩时有较大的塑性缓冲;随着压缩卸载应力的增大,观察到的试样表面裂纹依次增多或扩展增长,材料损伤的程度与压缩应力成正比。在压缩试样断口的中部发现存在的一个纵向韧带,当外加载荷增加,两个由压缩接触端面起裂的倾斜剪切裂纹扩展到试样中部,然后通过剪切穿过纵向韧带而连接,并诱发试样的完全脆性断裂。两个端面的切应力是裂纹形成的主要控制因素。该材料的压缩性能比拉伸性能更佳的主要原因是由于压缩时材料的损伤起始于塑性阶段,产生沿45°方向剪应力最大方向的剪切断裂和沿着压缩轴方向的准解理断裂的混合形式,而普通拉伸时材料损伤起始于弹性阶段,发生完全脆性解理断裂,在低应力下试样就会断裂。     

层理结构板岩动态断裂特性

基于动力冲击试验和插入黏聚力单元数值模拟方法,对层理结构板岩中心直切槽半圆盘（NSCB）试样在不同冲击速度和层理面倾角下的断裂性能展开研究。讨论了含层理结构岩样中的裂纹路径及其断裂参数。结果表明：冲击速度和层理面倾角对层理结构板岩裂纹扩展影响明显,在冲击速度较小的条件下,裂纹倾向于沿薄弱层理面扩展;随着冲击速度的增加,裂纹沿薄弱层理面扩展的长度逐渐减小,裂纹扩展路径更倾向于忽略薄弱层理面的影响,直接向加载点扩展。在冲击速度一定的情况下,裂纹沿薄弱层理面扩展的长度随层理面倾角的增加亦减小。随着冲击速度的增加,层理结构板岩的断裂韧度也逐渐增加;在给定冲击速度的条件下,层理结构板岩的断裂韧度随着层理面倾角的增加而增大。     

08MnNiVR(B610E)高强度调质钢板的焊接性能

时32mm厚08MnNiVR(B610E)高强度调质钢进行了全面的焊接试验研究.测定了模拟焊接热影响区连续冷却转变(CCT)图,分析了不同冷却速度下的模拟焊接热影响区组织变化;钢板在不预热条件下,焊接热影响区最高硬度为HV327;钢板在焊前预热75℃时,斜Y坡口试验未发现焊接冷裂纹;在平板对接反面拘束裂纹试验和斜Y型坡口焊接裂纹试样sR(Residual-stress relief)处理模拟再热裂纹试验中,没有发现再热裂纹发生.试验结果表明:08MnNiVR(B610E)高强度调质钢具有良好的抗冷裂纹和抗再热裂纹的能力.     

示波冲击试验技术的研究

介绍了示波冲击试验技术及其用于评价材料的动态断裂韧性方面的试验研究结果。采用了对变形速率不敏感的铝合金试样的静弯曲曲线与动态的示波冲击曲线的对比,较准确地标定了示波冲击曲线图中的载荷坐标,并且对14MnMONbB,12CrNi3MoV和12CrNi5MoV等三个低合金高强度钢进行了系统的示波冲击试验,研究不同缺口形状的冲击试样、试验温度对示波图形的影响。结果表明:用预裂纹试样能够比较直观地反映材料的断裂韧性;随着试验温度的降低其裂纹扩展功不断下降。     

温度冲击对花岗岩动态拉伸力学性能的影响

在特定情况下,岩体工程中的岩石会经历温度快速变化（温度冲击）,因此研究温度冲击对岩石的影响对实际工程中岩体的稳定性分析有重要意义。通过将花岗岩试件加热至3种高温（200,400,600 ℃）,并采用3种方法冷却,研究了温度冲击对花岗岩物理性质的影响;使用分离式霍普金森压杆研究了温度冲击对花岗岩动态拉伸特性的影响,发现其动态拉伸强度随加热温度和冷却速率的增大而减小;使用高速摄影仪记录试件拉伸破坏时的裂纹形态,结合碎块形态,分析温度冲击对花岗岩的损伤程度,得出200 ℃加热条件下花岗岩不产生温度冲击,而在400 ℃和600 ℃加热条件下,花岗岩损伤程度随加热温度和冷却速率的增大而增大。     

T_(8/5)时间对X80管线钢热影响区组织和韧性的影响

为了研究T_(8/5)时间对X80管线钢热影响区粗晶区组织和性能的影响,在Gleeble 3500热模拟试验机上对其分别进行4个焊接工艺(T_(8/5)时间分别为21、27、33和40s)的加热冷却后,对粗晶区夏比冲击性能进行测试,并对其显微组织和冲击后断口形貌进行分析。结果表明,T_(8/5)时间为21s的焊接工艺下热影响区粗晶区具有较稳定且优异的低温夏比冲击性能;随着T_(8/5)时间由21延长至40s,热影响区粗晶区的低温冲击韧性下降,断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变,-20℃下冲击断裂方式由部分韧性断裂转变为完全脆性断裂;延长T_(8/5)时间促进了热影响区粗晶区近熔合线侧长条大块状M/A组元的形成,使得贝氏体板条间距变大。     

TA15钛合金高温持久腐蚀行为研究

为深入分析热盐应力腐蚀对TA15钛合金高温性能的影响,对大规格TA15钛合金棒材进行不同的表面腐蚀处理,测试了500℃/470 MPa条件下的持久性能,并对试样表面、断口处的组织特征进行观察,分析TA15钛合金的热盐应力腐蚀机制。结果表明：在500℃/470 MPa下,TA15钛合金对热盐应力腐蚀非常敏感,导致持久寿命显著降低;在腐蚀过程中,沿着α相界(β基体)发生复杂的化学反应,形成腐蚀氧化物并向内扩散;应力作用加速了腐蚀裂纹扩展,形成沿晶断裂特征,降低了试样的持久寿命。     

不同组织特征对X80管线钢粗晶区冲击韧性及裂纹萌生行为的影响

通过对X80管线钢的焊接热模拟试验(Gleeble 3500),获得了不同热输入下的粗晶热影响区(CGHAZ)试样.采用夏比冲击试验和多尺度表征相结合的方法,研究了不同显微组织特征对冲击韧性和裂纹萌生行为的影响.结果表明:随着热输入的增加,M/A组元含量增加,导致韧性下降,硬度增加.同时,更多的M/A组元倾向于聚集在原奥氏体晶界上,M/A的总体尺寸和M/A岛内部板条马氏体亚结构的宽度、体积分数也会增加.这些变化使得M/A组元边界和原始奥氏体边界之间的交叉点成为裂纹萌生的首选位置之一.此外,还发现只有大尺寸的奇形夹杂物才是裂纹萌生的直接诱因.     

石墨球对系列冲击温度下球墨铸铁断口作用机制

 为了明确低温用球墨铸铁材料断裂微观机理，针对石墨球对系列温度球墨铸铁冲击断口演变过程的作用机制进行研究。采用SEM、激光共聚焦显微镜等手段系统分析了不同温度下石墨球对球墨铸铁冲击断裂过程的影响。定量断口分析结果表明，与冲击功随温度的变化一致，断口表面粗糙度Sa和空穴扩张比Rc/R0(韧窝与石墨球半径之比)均随温度的下降呈明显降低趋势。随着冲击试验温度的降低，由韧性断裂逐渐过渡到脆性断裂，这种断裂机制的变化导致断面粗糙度指数剧烈下降，空穴扩张比值趋近于1。冲击过程中裂纹总是在石墨 基体界面处发生开裂并沿着石墨 基体界面不断扩展，因此实际生产过程中应该注重改善石墨球与基体界面处组织状态。