三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料室温单轴压缩断裂行为

在室温下,利用WDW-E100D万能试验机和SEM研究了三维连通网状结构SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料的准静态单轴压缩变形和断裂行为. 结果表明,复合材料的轴向压缩断裂强度达到了1270MPa,在压缩条件下复合材料的断裂发生在弹性变形阶段,断裂前观察不到塑性变形;试样发生纵向劈裂和剪切断裂;三维连通网状结构SiC陶瓷是主要的承载单元,断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂;非晶合金发生粘性流动,在变形过程中形成纹脉状断口形貌,出现典型的热软化效应.     

制备工艺对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料准静态压缩性能的影响

利用WDW-E100D型万能试验机和S-4800场发射扫描电镜,研究了不同工艺制备的多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩性能和断口形貌特征. 结果表明:制备工艺决定多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩强度,当工艺参数非晶合金浇注温度为860℃,浇注后保温6min时最佳.多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩断裂为脆性断裂.断口形貌特征主要包括多孔SiC陶瓷产生解理台阶,Zr基非晶合金产生尖脊状、细脉状等不同形态的脉状花样.     

成分调制对锆基块体非晶合金力学性能的影响

研究了Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金中Zr元素含量变化对合金力学性能的影响.利用X射线衍射仪和透射电子显微镜表征合金的结构;利用差示扫描量热仪研究非晶合金的热学性能;采用万能试验机测试材料的压缩力学性能;采用扫描电子显微镜观察压缩变形后试样的剪切带形貌.研究结果表明:随着Zr元素的摩尔分数从66%增加到70%,压缩塑性变形量从3%提高到11%,合金表面的剪切带密度明显增大,非晶合金的塑性变形能力提高.随着Zr元素含量的增加,非晶合金的弛豫热明显增大,自由体积含量增多,有利于多重剪切带的形成,从而增大了合金的塑性变形能力.     

非晶合金材料的变形与断裂

系统地研究了不同非晶合金材料的拉伸、压缩变形与断裂特征,总结了不同非晶合金材料拉伸与压缩断裂的不对称性,在此基础上提出了一个新的参数α=τ0/σ0和统一拉伸断裂准则,将最大正应力准则、屈特加准则、莫尔-库仑准则和范米塞斯准则有机地统一起来．观察到具有剪切变形行为的非晶合金,其压缩塑性随样品的高径比减小而逐渐增加;提出了剪切带旋转机制来解释具有高塑性非晶合金材料压缩变形过程中剪切带的偏转,总结了钨丝和原位析出枝晶对非晶合金复合材料韧化效果的不同作用,讨论非晶合金材料压缩剪切断裂、劈裂和破碎的竞争关系,采用动态断裂理论解释了某些脆性非晶合金解理断裂表面上的规则纳米尺度断裂台阶的形成;提出了α=τ0/σ0是控制非晶合金发生剪切变形与断裂、劈裂以及破碎失效与否的本征参数．     

Fe基块体非晶合金在纳米压入过程中的变形行为

摘要Fe基块体非晶合金具有极高的强度但通常表现出显著的宏观脆性,因此用常规拉伸、压缩等方法对这类合金的塑性变形行为和机理的研究具有很大困难．利用纳米压入和单轴压缩方法研究了Fe52Cr15Mo9Er3C15B6块体非晶合金的变形行为,考查了不同加载速率和不同晶化程度对变形行为和力学性能的影响,结果表明铸态和不同晶化程度样品在所研究的加载速率范围内的塑性变形过程中均未出现锯齿流变现象．用剪切带的时间和空间特性探讨了这种Fe基块体非晶合金在纳米压入过程中的特殊变形行为及其形成机制．     

钨铜合金准静态压缩性能研究

利用WDW-E100D型微机控制电子式万能试验机、S-4800场发射扫描电镜和XRD等分析测试方法,研究W-Cu20准静态压缩性能及其变形特征.结果表明:退火处理能消除制备W-Cu20合金时产生的内应力,提高其塑性变形能力,同时降低抗压强度.W-Cu20合金准静态压缩在剪切面上产生形变带,钨相形态发生较大变化,沿剪切面方向由球形变为条形,经800℃退火处理后的组织中形变带最显著.     

大块金属玻璃剪切带形成的“原位”压缩实验研究

对一种锆基大块金属玻璃材料进行了室温下的准静态SEM"原位"压缩实验,并对其剪切带行为进行了研究.测得的宏观应力应变曲线表现出理想弹塑性响应.对样品变形过程中和断裂后的表面剪切带斑图进行的分析表明,多重剪切带的形成及其交割和分叉行为能显著提升其金属玻璃材料的塑性变形能力.采用Mohr-Coulomb模型对其断裂偏离最大剪应力平面的现象进行了描述.基于金属玻璃塑性变形的自由体积模型,对剪切带交割点产生的纳米尺度空洞和微裂纹形成机理进行了分析.图6,参16.     

冷却速率对Zr基块体非晶合金塑性变形能力的影响

研究了Zr65Cu17.5Ni40Al7.5块体非晶合金制备过程中合金熔体的冷却速率对合金室温塑性变形能力的影响．对φ2mm铸态Zr65Cu17.5Ni40Al7.5非晶合金及由φ3mm和φ4mm铸态非晶合金经车削加工获得的φ2mm试样的室温压缩变形行为进行了研究,结果表明这些合金表现出不同的塑性变形能力．压缩塑性应变随着铸态块体非晶合金直径的增大而减小,即随冷却速率的增大而增大．由此可知,快速凝固过程中冷却速率的大小决定了块体非晶合金中自由体积含量的多少,对非晶合金的塑性变形能力具有重要影响．     

内生晶体非晶合金复合材料变形场演化与剪切带行为

通过数字图像相关方法从实验上观察到内生晶体复合材料在微米尺度应变场的演化与剪切带行为,并结合有限元,模拟了非晶合金复合材料的变形,给出了应力应变场的分布,分析了两相在变形中的作用.实验与有限元结果表明,在宏观弹性段内,晶体相会优先发生塑性变形,而后在界面形成应变集中,逐渐向周围扩展;随着加载的进行,材料内部形成变形局部化剪切带.非晶合金复合材料的塑性变形主要由剪切带贡献,而晶体相的存在促进了多重剪切带的形成;复合材料的载荷则主要由连续的非晶基体相承担,剪切带形成伴随自由体积的快速增加,导致非晶基体流动应力下降,复合材料承载能力降低.     

Zr基与Ti基非晶合金的不同划痕变形行为

采用痕法研究了Zr47.9Ti0.3Ni3.1Cu39.3Al9.4与Ti40Zr25Be30Cr5两种非晶合金的塑性变特征,考查了载荷与痕速度对塑性变特征的影响.结果表明两种铸态非晶合金样品的剪切带表现出同的特征：Ti非晶合金在痕两侧剪切带现分枝特征,随着载荷和痕速度的增加,出现多重分枝和混乱分特征;而Zr非晶合金的剪切带特征以一次剪切带为主,随载荷和痕速度增加,剪切带特征向单一、平滑趋势转变.进一研究了弛豫对Zr非晶合金痕变特征的影响,发现弛豫使Zr非晶合金剪切带向分枝特征转变.从自由体积观点探讨了两种合金中同剪切带特征的和演制.     

基于数字照相的砂土剪切变形模式的试验研究

利用自行研制的数字照相量测软件包Photolnfor和自行设计的大型剪切试验装置，在不同围压下，对砂土的剪切变形模式以及土体变形局部化的发生、发展和演变过程进行了全面观测．结果表明：砂土变形区域呈纺锤型，由多条曲线形大变形带和带间小变形区组成，不同围压下的剪切变形模式基本相近；土体最终形成的剪切带与初期发生的局部变形带并不完全重合；土体剪切变形可分为初期全域快速弹性变形、中期局部区域塑性变形与后期剪切带内集中塑性变形三个阶段．     

Investigation of the microcrack evolution in a Ti-based bulk metallic glass matrix composite

The initiation and evolution behavior of the shear-bands and microcracks in a Ti-based metallic-glass–matrix composite(MGMC) were investigated by using an in-situ tensile test under transmission electron microscopy(TEM). It was found that the plastic deformation of the Ti-based MGMC related with the generation of the plastic deformation zone in crystalline and shear deformation zone in glass phase near the crack tip. The dendrites can suppress the propagation of the shear band effectively. Before the rapid propagation of cracks, the extending of plastic deformation zone and shear deformation zone ahead of crack tip is the main pattern in the composite.     

Work toughening effect in Zr_（41）Ti_（14）Cu_（12.5）Ni_（10）Be_（22.5） bulk metallic glass

Work hardening is a well-known phenomenon occurring in crystalline metals during deformation,which has been widely used to increase the strength of metals although their ductility is usually reduced simultaneously. Here we report that the plastic strain of Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5 (at.%) bulk metallic glasses has been increased from 0.3% for the as-cast sample to 2.5%-8.0% for samples that have experienced pre-deformation under constrained conditions. The pre-deformed glassy alloys possess more free volume and abundant introduced shear bands,which are believed to promote the activation of shear bands in post-deformation and result in an increase in plasticity. The orientation of the pre-introduced shear bands relative to the loading direction will affect the deformation behavior of pre-deformed samples. The present results show that pre-deformation of this glassy alloy will result in work toughening. This work toughening effect can be removed by isothermal annealing at a sub-Tg (glass transition) temperature,which causes annihilation of free volume and healing of shear bands.     

Effects of ultrasonic vibration on plastic deformation of AZ31 during the tensile process

An investigation on the plastic behavior of AZ31 magnesium alloy under ultrasonic vibration (with a frequency of 15 kHz and a maximum output of 2 kW) during the process of tension at room temperature was conducted to reveal the volume effect of the vibrated plastic deformation of AZ31. The characteristics of mechanical properties and microstructures of AZ31 under routine and vibrated tensile processes with different amplitudes were compared. It is found that ultrasonic vibration has a remarkable influence on the plastic behavior of AZ31 which can be summarized into two opposite aspects: the softening effect which reduces the flow resistance and improves the plasticity, and the hardening effect which decreases the formability. When a lower amplitude or vibration energy is applied to the tensile sample, the softening effect dominates, leading to a decrease of AZ31 deformation resistance with an increase of formability. Under the application of a high-vibrating amplitude, the hardening effect dominates, resulting in the decline of plasticity and brittle fracture of the samples.     

双相纳米结构CuZr合金力学行为的模拟研究

采用分子动力学方法研究了在拉伸载荷作用下,晶粒尺寸对纳米多晶Cu和双相纳米结构CuZr复合材料塑性变形机制的影响.研究结果表明,小晶粒尺寸的纳米多晶Cu的变形机制以晶粒旋转以及晶界迁移为主,并伴随着少量位错的成核与滑移.晶粒尺寸较大的纳米多晶Cu的塑性变形机制则以裂纹的成核与生长为主.对于双相纳米结构Cu/CuZr复合材料,非晶相的塑性变形在复合材料的塑性变形过程中起主导作用,且这种现象与晶粒尺寸无关.此外,当晶粒尺寸增加到一定尺寸时,复合材料的晶界处也出现了晶界裂纹,但非晶相明显延缓和阻碍了裂纹的成核与扩展.研究表明非晶相的引入能有效提升纳米多晶Cu的塑性.     

考虑孔隙压力影响的碳酸盐岩裂缝成因模式研究

通过三轴压缩实验研究了在不同围压和孔隙压力下碳酸盐岩破裂方式及裂缝分布形态。在设定的加载方式下,针对某异常高压油田碳酸盐岩实验结果表明:岩石在压缩导致破裂的过程中,破裂方式主要与有效应力有关;随着有效围压的增大,岩石逐渐由脆性变形转化为塑性变形。对三轴压缩实验后的岩心磨制了薄片,从微观上分析裂缝成因模式。随着有效围压的增大,裂缝类型分别为劈裂面、高角度缝、共轭剪切缝、高密度网状缝。     

固溶处理对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢超塑性和连接性能的影响

采用不同固溶工艺处理后的00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢,在恒温的热拉伸试验机上进行超塑性测试,通过Gleeble3500热模拟试验机进行超塑性扩散连接实验研究,并采用扫描电镜对固溶处理金相及连接试样界面孔洞进行观察.结果表明,由于固溶处理温度不同,α相和γ相体积比(xα/xγ)不同.超塑性拉伸测试中,在同一变形条件下,随着初始xα/xγ的增大,延伸率和峰值应力相应增大.固溶温度为1350℃的试样,在960℃、1×10-3s-1条件下拉伸,延伸率达到1186%;超塑性扩散连接在1100℃温度下进行时,压力加载形式不同,扩散连接界面结合机理不同,但加载形式对试样的界面剪切强度影响不大.在连接过程中,界面孔洞闭合情况和滞留位置与晶界迁移的相对速度有关.     

Effect of cooling rate on plastic deformation of Zr-based bulk metallic glasses

The effect of cooling rate on plastic deformation of Zr-based bulk metallic glasses has been studied.The specimens with the diameters of 3 mm,4 mm and 6 mm cut from the same ladder-shaped Zr55Al10Ni5Cu...     

地层塑性对水力压裂裂缝扩展的影响

在具有塑性特征的地层中,岩石的塑性变形对水力压裂裂缝形态的影响显著,传统压裂模型大多未考虑塑性对裂缝起裂和延伸的影响。因此,考虑地层岩石弹塑性变形、粘性压裂液流动与裂缝扩展的非线性耦合,建立了弹塑性地层中压裂裂缝扩展的数值计算模型,对弹塑性地层中压裂裂缝扩展行为进行了数值模拟研究,探索了塑性变形对裂缝扩展特性的影响。结果表明弹塑性地层裂缝扩展过程中裂缝尖端附近会产生显著的塑性变形,与仅考虑弹性的计算结果相比,压裂地层所需的裂缝扩展压力更高,且形成的裂缝相对更短、更宽。通过数值模拟计算,分析了地层岩石强度、压裂液粘度及注入速率对地层中压裂裂缝扩展的影响,表明地层强度对裂缝扩展行为影响显著,强度越低,塑性变形程度越大,裂缝扩展压力越高,同时裂缝长度越短,宽度越宽。压裂液粘度对裂缝扩展影响相对较小,而在总注入流量相同的情况下,压裂液注入速率对裂缝扩展的影响不明显。     

不均匀变形对空洞长大影响的有限元分析

为了分析FCC晶体中不均匀变形对空洞长大的影响,运用率相关晶体有限元,采用一个3D模型研究了FCC晶体中空洞的长大行为,对比分析了单晶和晶界上球形空洞长大的情况.模拟结果表明:晶界上的等效塑性应变大于单晶中的等效应变,晶界上空洞的长大速度大于单晶中空洞的长大速度,表明空洞易沿着晶界长大;随着晶粒间力学性能差异的增加,晶粒间不均匀变形更加明显,空洞越易沿着晶界长大.