TiAl基合金双态组织平板拉伸连续卸载试验的研究

通过多次拉伸卸载试验对TiAl基合金在经历多次拉伸卸载以后宏观性能和微裂纹面密度的变化,以及前一阶段的损伤对随后阶段损伤产生的影响进行了详细的研究。研究表明:在载荷控制下的试验中,随着卸载应力的增加,裂纹面密度并没有增大,即用微裂纹表征的损伤程度并没有增加的趋势;整个多次拉伸卸载过程并不影响材料的弹性模量E;当拉伸到某一个应力下,宏观表现为断裂应力σf,断裂应变εf和单位面积断裂功W′开始减小。材料在载荷控制的拉伸中产生损伤的程度并不能用弹性模量E和裂纹面密度ω来衡量。

全层TiAl基合金平板拉伸连续卸载试验

对TiAl基合金在经历多次拉伸卸载以后宏观性能和微裂纹面密度的变化进行了详细研究。结果表明:在载荷控制下的试验中,随着卸载应力的增加,裂纹面密度并没有增大,即在这种加载方式下材料损伤程度并不能用微裂纹面密度来衡量。在载荷控制连续加载-卸载过程中,弹性模量并没有降低,说明微裂纹损伤引起的体积效应在此过程中比较弱。当在较高应力下卸载时,断裂应力fσ、断裂应变fε和单位面积断裂功Uf开始减小,这是因为微裂纹损伤引起的面积效应仅仅表现在断裂面上,所以在此过程中面积效应较为明显,导致断裂应力降低。

考虑温度和加载影响的离子型中间膜拉伸力学性能

为研究温度和加载影响的离子型中间膜的拉伸力学性能,在低应变率范围内对其进行了-40℃~80℃的单调拉伸试验以及室温下的循环加卸载拉伸试验。基于试验结果,确定了离子型中间膜的力学性能特征指标。结果表明,随着应变率的升高和温度的降低,其强度普遍提高,但极限应变有所降低;断后试件有约80%的不可恢复变形;循环加卸载拉伸曲线的包络线与其相同条件下的单调拉伸试验曲线基本一致,随卸载应变的升高,其加卸载耗能能力提高,而割线卸载模量先减小后增大。基于试验结果,给出了低应变率下的G’Sell本构关系。在此基础上,根据割线卸载模量的变化,提出了加卸载应力-应变的变模量模型,对比模型预测关系曲线与试验曲线,两者吻合较好。

不同卸载应力对层状TiAl基合金损伤程度的影响

通过对层状TiAl基合金进行拉伸卸载试验,研究了不同预损伤对层状TiAl基合金断裂行为的影响。试验结果表明:随着损伤程度增加到一定程度,材料的弹性模量减小;随着预损伤程度的增加,裂纹面密度增大。通过统计分析发现裂纹面密度可以作为衡量损伤程度的损伤参量;但随着预损伤程度的增加,单位面积断裂功基本不变,进一步说明不同预损伤对层状TiAl基合金的最终断裂性能没有影响。

国产三代2.5D SiC_(f)/SiC复合材料的界面力学性能

连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC_(f)/SiC)是下一代航空发动机的关键结构材料,其界面性能是决定材料力学性能的重要因素之一。为此,本研究表征了国产三代2.5D SiC_(f)/SiC的界面性能,并探究其与材料拉伸性能的关系。利用拉伸加/卸载过程中的迟滞特性定量分析了2.5D SiC_(f)/SiC中各组元残余应力和界面滑动应力(IFSS),根据断口拔出纤维的断裂镜面半径得到了纤维就位强度(σ_(fu))的统计分布,通过纤维推入法得到界面剪切强度(ISS)和界面脱黏能(G_(i))。结果表明:利用宏观结合细观的方法能够较全面地描述SiC_(f)/SiC从初始裂纹萌生到最终脱黏不同阶段的界面力学性能,2.5D SiC_(f)/SiC的IFSS、ISS和Gi分别为56 MPa、(28±5)MPa和(2.7±0.6)J/m2。ISS和Gi较低,表明界面结合较弱,在剪应力作用下易产生裂纹,而IFSS较大,表明界面脱黏后纤维与基体间相对滑动较为困难,阻碍了纤维拔出,不利于发挥纤维的增强作用。根据获得的界面性能和经典ACK模型,较好地预测出比例极限应力,并结合σ_(fu)预测了2.5D SiC_(f)/SiC的拉伸强度。拉伸强度预测值高于实验值,这与界面处径向残余压应力以及纤维承受的残余拉应力有关。

全层状TiAl基合金断裂过程的进一步研究

通过对层状TiAl基合金进行拉伸卸载试验及拉伸试验,同时通过断口分析,研究了全层状TiAl基合金平板拉伸试验的断裂过程.结合宏观试验结果与断口分析发现,随着预损伤程度的增加,裂纹面密度增大;平板拉伸直接断裂试样的断裂过程与拉伸-卸载后拉断试样的断裂过程一致,单位面积断裂功基本不变.这说明预损伤并不影响这种材料的断裂过程和最终的断裂性能.

层状TiAl基合金损伤机理的研究

通过拉伸卸载实验及原位拉伸SEM观察对层状TiAl基合金损伤机理进行了研究.研究结果表明,拉伸过程中产生微裂纹导致材料发生损伤;随着载荷的增加,原先产生的微裂纹继续扩展,微裂纹扩展的同时产生大量新的微裂纹;预损伤加快了裂纹的产生、扩展,使得损伤程度进一步加重;不同程度的预损伤使材料的弹性模量降低,造成材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降,但是对这种材料的最终断裂性能没有影响.

塑性应变对21-6-9高强不锈钢管瞬时弹性模量的影响

采用反复加载-卸载拉伸实验,研究了21-6-9高强不锈钢管加载和卸载瞬时弹性模量随塑性应变的变化规律,并通过微观组织观察分析了瞬时弹性模量变化的微观机理。结果表明,加载和卸载瞬时弹性模量均随着塑性应变的增大先迅速下降,然后缓慢下降,最后趋于稳定,其稳定值相对于初始弹性模量分别降低了20. 5%和22. 2%;分别建立了加载和卸载瞬时弹性模量与塑性应变之间的函数关系;晶界、晶界碳化物、固溶原子以及形变孪晶与位错交互作用使得位错密度不断增加,导致瞬时弹性模量降低;当塑性应变达到一定程度后,位错密度达到饱和状态,使得瞬时弹性模量趋于稳定。

加载方式对奥氏体不锈钢力学性能和马氏体相变的影响

研究了不同温度范围单向拉伸加载方式对奥氏体不锈钢力学性能和组织演变的影响.结果表明,循环加卸载拉伸方式显著影响304不锈钢的力学性能:在高温拉伸变形时,不同加载方式所得到的力学性能相同;在0℃以下,循环加卸载方式导致试样的延伸率降低;而在室温条件下,循环加卸载拉伸能够最大程度地提高试样的强度和延伸率.通过对304不锈钢室温拉伸过程的原位观测证实,卸载过程导致能够有效激发形变诱发马氏体相变的形核和长大,从而使相变增塑效应增强,延迟缩颈及断裂的能力得以提高.

Q&P980超高强钢的循环加载性能和微观组织表征

为研究超高强钢的循环加载性能,以淬火配分（quenching＆partitioning,Q＆P）980超高强钢为研究对象,通过循环次数、循环位置以及各向异性的拉伸实验,得到真实应力应变曲线,分析卸载环的性质,对其力学性能进行准确表征,再通过金相显微镜、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）等检测手段,分析相应的微观组织变化。发现随着形变程度的增加,卸载和重新加载斜率不断降低,回弹应变、延伸率和强度不断增加,相应的奥氏体含量不断下降,即具有相变诱导塑性（transformation induced plasticity,TRIP）效应。当变形程度相近时,随着循环次数的增加,回弹应变不是持续增加,而是在循环次数增加到10时出现回弹应变减小的情况。循环加载过程会减弱板材的各向异性,但是对弹性模量和回弹的影响不大。

预应力混凝土结构钢绞线有效应力测量与评估方法

预应力混凝土结构中钢绞线的有效应力是确定其承载能力、进行预应力结构安全评估的关键参数。为测量预应力混凝土结构中钢绞线有效应力,提出了测量卸载偏轴应变并乘以修正系数K来确定钢绞线有效应力的方法,进行了应力水平为0.32~0.74时钢绞线加、卸载拉伸试验,基于试验数据,提出了轴向应变、偏轴应变和钢绞线应力的计算关系。结果表明,按轴向应变计算钢绞线的应力误差较大,而按修正后的偏轴应变计算,钢绞线应力计算值与实测值吻合较好。基于试验结果,确定了偏轴应变修正系数K的取值为1.1。