六方金属在疲劳过程中的位错组态演化──兼论位错理论和协同论在材料强度学中的应用

简述了位错理论发展及在中国传播的历史、位错理论的应用领域、金属中常见的位错组态；介绍了协同论在位错研究中的应用，并据此分析讨论了在钛、锆等六方金属中所获得的某些实验结果。

钢铁材料的表面形变强化与疲劳强度

断裂失效造成的经济损失是巨大的,而疲劳断裂占断裂失效的70—80％,因此研究材料疲劳强度的强化途径是具有重大经济意义的课题。本文提出了常用合金结构钢、渗碳钢、低合金高强度钢以及球墨铸铁等材料,经整体热处理或表面化学热处理后再复合表面形变强化的综合应用(即复合强化),有针对性地研究了其强化规律与疲劳强度的相互关系。研究指出:(1)复合强化是发挥材料疲劳强度潜力的有效途径;(2)可使高强度钢σ_(-1n)/σ_b仍保持线性关系;(3)提出了采用局部形变强化,克服零件的薄弱环节,使零件各部位的材料疲劳强度接近等强度设计的技术观点。本文并从断裂力学与表面微观组织结构的变化以及残余压应力等因素的有益作用探讨了强化机制,同时将研究结果有效地应用于生产实际。

残余应力对材料疲劳性能影响的某些进展

材料经表面形变强化可有效地提高材料的疲劳性能.以往主要研究形变强化工艺与零件疲劳寿命的关系.为进一步发挥材料强度潜力,近年来着重研究形变强化后残余应力、组织强化及表面光洁度等各因素对不同强度、不同缺口形状等材料的影响。本文从经典理论及断裂力学两方面结合所作的工作,介绍残余应力对材料疲劳性能影响研究的一些新进展。残余应力对疲劳极限的影响涉及如何选取残余应力值,残余应力对不同强度材料的作用,残余应力的多轴性,残余应力在缺口处的集中效应及其对缺口疲劳极限的影响等。断裂力学方法适用于分析裂纹在残余应力场中的扩展问题。研究表明残余应力不仅改变了载荷比,而且还使裂纹的闭台力发生变化,改变了有效应力强度因子范围及相应的裂纹扩展速率,它和残余应力导致的闭合力变化有较好的对应关系.

形变硬化指数与强度的关系

从硬化指数的定义出发导出了形变硬化指数n与强度参量之间的关系为n=A(1-σ_Ⅰ/σ_Ⅱ)+B,σ_Ⅰ和σ_Ⅱ为真应力应变曲线上一直线段两端点的应力,A和B为常数.它适用于单一n值情况,双n特性,单调加载和循环应力应变曲线.对均匀变形阶段,又导出了n和屈强比的关系,即n=1-(σ_8/σ_b)^(1/2),该式没有任何待定常数和经验常数,和测量值相比,90%以上的数据的绝对误差在±0.03以内.它表示了材料的均匀变形能力和使强度从σ_s上升到σ_b的速率,揭示了金属材料强度和塑性之间的本质联系,在理论和实际应用上都有重要意义.

奥氏体不锈钢在恒应变疲劳过程中的组织结构研究

本文系统地观察了奥氏体不锈钢在恒应变疲劳过程中组织结构的变化规律。与纯铜单晶体相比,不锈钢的循环应力应变曲线没有水平阶段,这与其具有较低的层错能有关。在不同疲劳应变幅下进行疲劳试验时,奥氏体内的位错亚结构相应发生变化,组织结构的演变过程与循环应力应变曲线的变化规律相呼应。

表面层亚结构和残余应力对不锈钢和低碳钢疲劳强度的影响

透射电镜分析结果表明,不锈钢表面强化层内存在大量显微变形孪晶。变形孪晶不仅起到了组织强化的作用,而且还可防止表面残余应力在疲劳过程中逐渐衰减,使不锈钢弯曲疲劳强度维待在较高的水平。低碳钢表面强化层中的胞状位错组态在疲劳过程中稳定性较差,不能阻止表面残余应力的松弛,因此表面机械强化不能提高低碳钢的弯曲疲劳强度。

立方晶系织构材料残余应力测定的H晶面衍射法

本文在Dolle理论基础上,对应力测定中织构材料的2θOscillation现象作了进一步分析,并设计实验予以考察和检验。理论与实验均表明,影响织构材料2θ与sin^2Ψ关系的本质原因是材料的弹性各向异性,其影响程度在X射线衍射分析中更直接地表现在晶体取向性的强弱上。一般讲,取向性愈明显,Oscillation就愈严重。对立方系材料,可用的方法是选取(hhh)或(hoo)晶面作衍射,此时仍可获得线性的2θ与sin^2Ψ关系,并由斜率求得应力,但应注意粗晶造成统计波动,原因在于H晶面具有最低的多重性因子,并且织构材料在某些Ψ角度下衍射强度本身就很低。

高强度结构钢的韧性启裂和稳态扩展

研究了具有一定韧度的高强度结构钢裂纹早期扩展阻力与材料的微观组织结构、应力状态、变形历史和应变特性之间的关系。结果表明:裂纹扩展阻力(指J_R阻力曲线中的J_i和dJ/da)主要决定于裂纹尖端的塑性约束程度和应力应变场中消耗的弹性能和塑性功。这与三轴应力状态函数σ_mσ^(1/2)有关。材料的流变曲线描述了形变过程中的变形历史和应变特性,有明显的阶段性,其中第Ⅱ阶段的变形历史和应变特性制约着裂纹的启裂过程,第Ⅲ阶段的变形历史和应变特性制约着裂纹的扩展过程。应变硬化率dσ/dε可以敏感地反映出材料内部的应力分布和微观断裂机制。

试验条件对2Cr13钢不同处理状态冲蚀磨损抗力影响的试验研究

2Cr13钢不同处理状态冲蚀磨损试验结果表明,在石英砂冲击时,磨损率为冲击速度的指数关系,速度指数在1.5～1.9范围变化;以20°和70°冲角下的磨损率来衡量,调质态为典型的延性型,氮化态为典型的脆性型。四种处理状态的磨损率随磨料硬度的增高呈现不同的变化,并不全是随磨料硬度的增高而增加;除磨料硬度对磨损有影响外,还需顾及磨料其它特性所造成的影响。冲蚀磨损抗力高低的排队是,玻璃砂冲击时为氮化、淬火、回火、调质;石英砂冲击时则恰好相反。

三轴应力场中空穴扩张临界值与材料的微观断裂延性

选用一种球化碳钢的轴对称光滑和不同缺口拉伸试样研究了材料在三轴应力场中的宏、微观断裂延性。基于不同应力三轴性水平下空穴扩张与聚合的特性,给出了一个新的材料微观断裂延性表达式。结合空穴扩张的临界尺寸与断口韧窝几何的三维测量结果,证明了在不同的三轴应力水平下,材料微观断裂延性与实测宏观断裂延性之间均有着良好的一致性。从而揭示了材料断裂延性随应力三轴性水平升高而下降的微观机理。

一次预过载对铝合金喷丸前后缺口疲劳强度的影响

预过载拉伸可提高铝合金缺口疲劳寿命,但效果不及喷丸;过载量太大还使寿寿命趋于子下降。预过载压缩降低缺口疲劳寿命;喷丸后经过载压缩,寿命降低幅度更大,均与缺口残余应力及亚结构变化有关。

化学镀Ni-W-P合金镀层的性能研究

一、前言 化学镀镍是近年来国内外迅速发展的表面工程技术之一。化学镀Ni-P合金镀层有其独特的物理、化学性能,因而在工业上有着广泛的用途。但随着工业的发展,要求材料有更高的耐热性、耐磨性、耐蚀性和其它电磁等物理性能。为此,需要设计新的合金镀层体系,三元Ni-W-P合金是近年来人们感兴趣的一种化学镀合金系之一。

铜及其合金室温蠕变的研究

以退火纯铜及正火铝青铜在轴向拉伸下进行室温静、动态蠕变试验.试验表明,两种材料在室温下均存在蠕变行为,其静态蠕变量ε与时间对数Int成线性关系,与理论推导相一致;其循环蠕变量与N的关系达一定值后不再服从对数规律,蠕变速率发生转折、变小.循环蠕变速率远大于静态蠕变速率.试验还证实了蠕变抗力与材料的某些力学性能密切相关.通过微观组织结构分析,揭示了材料在室温下产生蠕变行为的原因,并解释了两种材料蠕变行为的差异.

显微结构对浸银石墨材料性能的影响

研究了浸银石墨材料基体与浸渍银显微结构对材料力学与热膨胀行为的影响,讨论了材料组织结构与性能的关系,提出了满足高温使用性能要求的材料所应具有的显微组织结构特点。

亚微米级膜层热胀系数测量方法研究

根据材料表面膜层很薄的特点,提出了其热胀系数测量的一种方法。该方法使用了双微位移测量机构,每一测量机构是由石英杆、差动电容传感器、弹簧、机械调零装置等构成;它们在仪器内部相互平行且垂直排列,间距约20mm,并处在同一个温度场中,该机械的两石英杆分别压在特制样品的上表面有薄膜和无薄膜处,温度的任何变化使石英杆长度的变化、试样及试样架高低的变化对两机构输出之差,即膜层的膨胀量变化不产生任何影响。

超声场淬火特性的研究

测定了超声辐射的清水,无超声辐射的清水及 NaCl10%～15%水溶液的冷却特性及7种钢在这些介质中的淬火效果。结果表明,清水中引入超声场后,其最高冷速提高500℃/s左右,特性温度提高40℃以上。超声场清水的最高冷速及特性温度虽与 NaCl10%～15%水溶液相比尚有较大差距,但其淬火效果(淬透性,硬度)显著优于清水,并达到或超过盐水的水平;淬火变形倾向,超声场清水与盐水相近似,显著小于清水。对超声场提高淬透性、淬硬件的作用机理亦作了探讨。

超声淬火实验研究

用不同的淬火材料、淬火介质进行超声淬火实验研究,对比分析表明,超声可提高淬火材料的表面硬度,增加淬透性,减小工件在淬火过程中的开裂或变形等。同时,在超声作用下,用清水作介质的淬火效果比盐水介质更为理想。

镁合金残余应力测定及不同晶面弹性常数的实验研究

探讨了X射线法测定镁合金残余应力的可行性,采用标样修正及正负Ψ测量得到线性良好的2θ-sin^2Ψ关系,分别对(211)和(114)晶面进行了X射线弹性常数的实验标定。实验和分析表明,较之钛、锌等六方晶体,镁合金的弹性各向异性程度最低,不同晶面的群性模量与宏观数值相差很小。

论结构材料的性能优化

力学性能是结构材料的主要使用性能。对于功能材料来说,除了物理性能以外,往往也对力学性能提出一定的要求。因此,材料的力学性能或力学行为,已成为物理材料学的重要组成部分。在结构材料中,强度与塑韧性是互相联系而又互相制约的。根据零件或构件的服役条件,寻求强度与塑韧性的合理配合,就能实现材料性能的优化。

Al_2O_3陶瓷材料的残余应力与性能

利用自制的应力常数测定附件,成功地在X射线衍射仪上测定了Al_2O_3,陶瓷材料的应力常数及表面残余应力。介绍了测量方法。用(401O)晶面测定时,可用Al_2O_3的机械弹性常数代替X射线弹性常数。对Al_2O_3/ZrO_2陶瓷高温脱Y_2O_3可以引发表面t→m-ZrO_3相变,并引入表面残余压应力,材料的抗弯强度随材料中表层亚稳t-ZrO_2含量增加和表面残余压应力增大而提高。