解理裂缝过界扩展模型

根据对低碳钢解理断裂显微特征分析的结果,以相邻解理系统失配作为裂纹过界扩展的阻力源,建立了解理裂纹过界扩展的临界条件,并根据解理系统的空间分布的统计特性,对裂缝试样的解理断裂行为进行了计算模拟。计算结果与实验结果一致。     

A STUDY OF FRACTURE CHARACTERISTICS OF DUAL PHASE STEEL

本文研究了双相钢的断裂特性。用缺口试棒四点弯曲试验法测定了双相钢的解理断裂应力σ_f;根据解理断裂温度下断口形貌、微裂纹萌生和扩展以及显微组织的观察结果,得出了双相钢的裂纹扩展途径;根据σ_f与开裂单元的测定结果,并考虑到微裂纹的形状对解理断裂应力的影响,计算了双相钢的有效表面能。提出了双相钢解理断裂的应力扩展控制模型,并得出了σ_f=(0.33+19.33-c~(·1/2))kgf/mm~2的回归关系式。提高双相钢解理断裂应力的途径是:降低铁素体的晶粒尺寸,尽可能使马氏体岛细化,分布均匀和增加马氏体岛中板条马氏体的比例。     

双相钢断裂特性的研究

本文研究了双相钢的断裂特性。用缺口试棒四点弯曲试验法测定了双相钢的解理断裂应力σ_f;根据解理断裂温度下断口形貌、微裂纹萌生和扩展以及显微组织的观察结果,得出了双相钢的裂纹扩展途径;根据σ_f与开裂单元的测定结果,并考虑到微裂纹的形状对解理断裂应力的影响,计算了双相钢的有效表面能。提出了双相钢解理断裂的应力扩展控制模型,并得出了σ_f=(0.33 19.33-c~(·1/2))kgf/mm~2的回归关系式。提高双相钢解理断裂应力的途径是:降低铁素体的晶粒尺寸,尽可能使马氏体岛细化,分布均匀和增加马氏体岛中板条马氏体的比例。     

焊缝金属解理断裂微观机理

本文为低合金高强钢的解理断裂提出了一个新的理论框架:解理断裂不仅决定下平台的冲击韧性,而且对过渡温度区的韧性也起决定性的作用,因为在这个温度区间韧性取决于先前产生的塑性裂纹扩展的长度,而解理断裂终止了塑性裂纹的扩展,从而决定其长度。解理断裂包含3个不间断的阶段:(1)裂纹在第二相颗粒起裂成核;(2)第二相裂纹穿过第二相颗粒和晶粒边界扩展;(3)晶粒裂纹穿过晶粒边界扩展进入相邻晶粒。本理论框架对整个过程进行了诠释:解理断裂的临界事件是在裂纹形成过程中提供最大困难的阶段,它控制了解理断裂过程,并确认了最薄弱的微观组分及其临界尺寸,这个尺寸决定了微观解理断裂应力sf。在断裂过程研究中最为重要的就是揭示各种条件下断裂的临界事件。提出引发解理断裂的3个准则:(1)裂纹起裂成核准则;(2)防止裂纹核钝化准则;(3)裂纹扩展准则。并由这3个准则形成了一个活性区,在活性区中应力和应变的综合作用可以引发解理断裂,这个活性区被用来建立断裂的统计模型。本研究利用这个新的理论框架进行了8%Ni钢焊缝的实例研究,以说明实验研究的结果。     

TiAl基合金弯曲疲劳的断裂机制

通过对弯曲疲劳断裂宏观试验结果以及相应的卸载表面观察和断口观察分析研究,发现在疲劳加载的过程中,首先在缺口根部产生裂纹,裂纹在应力循环的作用下不断扩展,直至疲劳裂纹的长度达到与疲劳外加力所匹配的临界裂纹长度时,突然发生整体解理断裂.在一定应力下的疲劳弯曲加载试验中,随着循环次数的增加,产生的裂纹变长,即产生的损伤严重,疲劳区域变宽,其断裂机制是疲劳区各裂纹单向扩展,解理区起裂源分散扩展直至断裂.对于循环次数较小的材料,其断裂机制是具有发散扩展路径的起裂源直接产生于缺口根部,然后分散扩展直至断裂,在其扩展的路径上并不因疲劳区与解理区而有任何的不同.     

准解理断裂的本质

本文试图探讨准解理断裂的本质。联系多晶材料的典型应力一应变曲线,对不同钢的断裂韧度试样的断口分析表明,准解理断裂可以看作是一种过渡的断裂机制。首先,一系列微观解理裂纹在高拉伸应力集中地方生核,然后这些裂纹各自沿着它本身已变形晶粒的解理面上扩展,最后借助于微观塑性聚合方式,这些微裂纹彼此连接。根据上述断裂模型可以认为:解理裂纹与塑性变形间的相互作用是准解理断裂的一种重要性质。借助于断口定量分析方法,有可能把断口形貌和一些力学参数间关系建立起来。     

AN INVESTIGATION OF QUASI-CLEAVAGE FRACTURE IN STEEL

本文试图探讨准解理断裂的本质。联系多晶材料的典型应力一应变曲线,对不同钢的断裂韧度试样的断口分析表明,准解理断裂可以看作是一种过渡的断裂机制。首先,一系列微观解理裂纹在高拉伸应力集中地方生核,然后这些裂纹各自沿着它本身已变形晶粒的解理面上扩展,最后借助于微观塑性聚合方式,这些微裂纹彼此连接。根据上述断裂模型可以认为:解理裂纹与塑性变形间的相互作用是准解理断裂的一种重要性质。借助于断口定量分析方法,有可能把断口形貌和一些力学参数间关系建立起来。     

应力比对Mg-3Al-2Sc合金疲劳行为的影响

在不同应力比条件下对热挤压变形的Mg-3Al-2Sc合金进行了疲劳试验,分析了应力比对合金裂纹扩展行为和断裂机制的影响。结果表明:在应力幅Δσ=60 MPa时,随应力比的增加,Mg-3Al-2Sc合金疲劳寿命显著降低,裂纹扩展速率提高。在裂纹萌生区和扩展区疲劳断裂机制主要表现为解理断裂,而在瞬断区主要表现为准解理和沿晶断裂的复合断裂机制。     

Fe-3％Si单晶氢致解理断裂研究

用Fe-3％Si单晶试样对氢致解理断裂进行了研究。结果表明,Fe-3％Si单晶缺口试样在空气中拉伸时一般不发生解理,但在动态充氢条件下,即使室温慢加载也能产生解理断裂。对于Ⅰ+Ⅱ复合型试样,氢致裂纹并不沿断裂力学预示的开裂角扩展,而是沿解理面扩展,即氢促进了解理断裂。无论Ⅰ型还是复合型,氢致解理裂纹的da/dt—KⅠ曲线都由三个阶段组成,但Ⅰ型试样da/dt的平台值明显地比复合型的高。用各向异性断裂力学计算了作用在裂纹前各滑移系上的分切应立力,并配合断口观察确定了解理裂纹形核机理。研究了氢的促进作用。     

铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

按照GB6398-1986试验标准,采用紧凑拉伸试样(CT)测定了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展速率da/dN,采用扫描电镜(SEM)等现代技术对断口形貌进行观察,分析了不同应力比(R值)条件下的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,应力比R对铸造Ti-6Al-4V钛合金的裂纹扩展速率影响较大,应力比R越大,裂纹扩展速率越大。在裂纹预裂区和快速扩展区的断裂机理主要是以微区解理断裂为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制。     

钛合金防弹材料的设计与性能

研究了Ｔｉ－６．５Ａｌ－３．５Ｍｏ－１．５Ｚｒ－０．３Ｓｉ合金细观结构对裂纹扩展特性的影响。发现当△Ｋ值小于ｄａ／ｄＮ－△Ｋ曲线上转折点处△Ｋ值时，合金出现解理断裂，表明转折点是解理断裂向条纹机制断裂的过渡；大量试验又进而证明，解理断裂与裂尖塑性区大小和裂纹穿过的晶粒或晶域尺寸有关。由此，作者提出了钛合金在裂纹扩展过程中形成解理断裂的一种新的断裂机制。     

Ti_3Al金属间化合物氢致解理断裂及其机理

Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ合金在室温下恒载荷动态充氢以及交变载荷动态充氢时，氢通过促进裂纹在滑移面上的解理，促进了裂纹扩展。不连续的氢致解理裂纹优先在α_２相形核，α_２／β相界面是裂纹扩展的有效障碍。氢通过促进裂尖位错的发射、解理微裂纹在无位错区（ＤＦＺ）的形核以及解理裂纹的扩展，导致氢致解理断裂     

应力比对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对TC4-DT钛合金在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为进行了研究,绘制出疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK之间的关系曲线,用SEM对断口形貌进行了观测。实验结果表明,随着应力比增加,裂纹扩展速率增加;应力比降低,da/dN曲线向高ΔK方向移动。预裂区主要是以微区解理断裂机制为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制,快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征。     

损伤容限型TC4-DT合金疲劳裂纹扩展行为研究

利用OM（光学金相）、SEM对损伤容限TC4-DT合金双态组织中的疲劳裂纹扩展行为进行研究。结果表明：裂纹扩展遇到初生口相时，既能以绕过初生口相的方式扩展，又能直接切过初生口相向前扩展；预裂区和快速扩展区主要是以微区解理断裂为主，稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主，同时也存在微区解理断裂机制。     

含B2相TiAl金属间化合物的室温韧化机理研究（英文）

通过三点弯曲断裂和卸载试验对含B2相TiAl金属间化合物的韧化机理进行研究,通过双缺口四点弯曲试验确定解理断裂的临界事件。通过扫描电子显微镜和能谱分析观察断口形貌和裂纹扩展路径。结果表明:(1)3PB试验的载荷位移曲线为线性关系,B2相对裂纹的起裂无影响;(2)块状B2相对裂纹的扩展有一定的阻碍作用,裂纹遇到B2相停止或绕过B2相继续扩展;(3)解理断裂的临界事件为沿缺口根部开裂裂纹的扩展,穿层断裂对临界事件起着重要的作用;(4)这种材料的韧化机理包括:块状B2相韧化,裂纹偏转,穿层断裂和剪切韧带韧化。     

Toughening Mechanisms of Lamellar TiAl Alloys Containing B2 Phase at Room Temperature

通过三点弯曲断裂和卸载试验对含B2相TiAl金属间化合物的韧化机理进行研究,通过双缺口四点弯曲试验确定解理断裂的临界事件。通过扫描电子显微镜和能谱分析观察断口形貌和裂纹扩展路径。结果表明:(1)3PB试验的载荷位移曲线为线性关系,B2相对裂纹的起裂无影响;(2)块状B2相对裂纹的扩展有一定的阻碍作用,裂纹遇到B2相停止或绕过B2相继续扩展;(3)解理断裂的临界事件为沿缺口根部开裂裂纹的扩展,穿层断裂对临界事件起着重要的作用;(4)这种材料的韧化机理包括:块状B2相韧化,裂纹偏转,穿层断裂和剪切韧带韧化。     

铸造γ+α双相不锈钢冲击断裂机理

采用阶梯能量示波冲击法和金相法,研究了国产铸造双相不锈钢（CSS）在冲击断裂时裂纹的萌生、生长与扩展至断裂的全过程。结果表明,CSS裂纹萌生是在切应力作用下形成滑开裂纹胚芽;随后裂纹胚芽通过剪切方式和颈缩方式相互交替呈现“之”字形生长,裂纹生长较慢;裂纹扩展是拉开裂纹与邻近孔洞之间以“颈缩-聚合”的扩展方式相连而形成微孔聚合破断;或小解理面之间以“解理-颈缩”的扩展方式相连而形成准解理破断,裂纹扩展速度较快。     

近全层组织γ-TiAl基合金的室温拉伸断裂机理

通过对直缺口近全层组织的扫描电镜原位拉伸实验以及相应的断裂表面观察，结合有限元计算了TiAl基合金近全层组织拉伸的断裂机理。研究表明：许多裂纹在塑性变形前沿着层间起裂和扩展，断裂过程的驱动力是拉应力。在直缺口试样中，许多裂纹直接起裂于缺口根部，并且沿着层间扩展。随着拉应力的增加，主裂纹和新裂纹也可以通过障碍晶粒的穿层解理断裂来连接。通过有限元计算得沿层断裂强度大约为50MPa，穿层断裂强度大约为120MPa。     

A356.0断裂机理研究

通过对铸铝A356.0进行拉伸性能测定,同时利用KYKY-1000B扫描电子显微镜(SEM)对其断口形貌进行分析,研究其断裂机理。结果发现铸铝A356.0裂纹起源于铸造缺陷处,裂纹是穿晶扩展,断口为准解理型,其断裂机理为穿晶型脆性断裂。     

涡轮机叶片早期断裂原因分析

采用金相、扫描电镜等手段分析了某企业 1Cr13钢涡轮机叶片过早断裂原因。结果表明,在裂纹起始部位,断口以沿晶断裂为主,间或少量穿晶解理或准解理。综合考虑送检叶片的介质条件和应力条件,认为其过早断裂系应力腐蚀所致。应力腐蚀裂纹形成后,除裂纹继续以应力腐蚀方式扩展外,还将叠加有疲劳扩展的成分。晶粒粗大提高了 1Cr13钢对应力腐蚀的敏感性,同时降低了材料的疲劳性能。