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形状记忆晶相/铜基非晶复合材料的组织和微观力学行为（英文）

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稀有金属材料与工程 2017年第1期46卷 35-38页

作者：袁小鹏赵燕春寇生中赵志平李春燕袁子洲兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学温州泵阀工程研究院浙江温州325105

采用悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备Cu_(50)Zr_(42)Al_8锥形试样,研究了合金不同直径处的组织和微观力学行为,分析了尺寸效应和裂纹自愈合行为。结果表明,复合材料组织中包括非晶基体相、金属间化合物Al Cu_2Zr相、奥氏体B_2-Zr Cu相和热... 详细信息

采用悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备Cu_(50)Zr_(42)Al_8锥形试样,研究了合金不同直径处的组织和微观力学行为,分析了尺寸效应和裂纹自愈合行为。结果表明,复合材料组织中包括非晶基体相、金属间化合物Al Cu_2Zr相、奥氏体B_2-Zr Cu相和热致马氏体B19’-Zr Cu相。纳米压痕结果表明,单一非晶结构的试样心部硬而表面较软,呈现越小越软趋势,而较大尺寸的非晶复合材料由于析出相的存在,心部软而表面较硬。形状记忆晶相由TRIP效应对非晶基体增强增韧,而Al Cu_2Zr相析出使基体脆化。经150℃/10 min退火后,微观压痕产生的裂纹表现出自愈合行为。加载时,形变诱导B2奥氏体向B19’马氏体相转变并伴随着体积的膨胀,而高于逆转变温度退火,B19’转变为B2相,体积收缩并在组织应力作用下驱动裂纹愈合。

关键词：非晶复合材料形状记忆晶相微观力学行为自愈合

P/M Rene95合金夹杂物微观力学行为观察

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北京科技大学学报 2002年第4期24卷 432-435页

作者：张丽娜张麦仓李晓董建新谢锡善北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

以典型粉末高温合金P/M Rene95为研究对象,在扫描电镜原位下观察了其中尺寸不同的陶瓷夹杂物在拉伸载荷下导致裂纹萌生的过程.结果表明,在SEM原位拉伸试验中,随着载荷的增加,裂纹在陶瓷夹杂物处萌生.Al2O3夹杂物的尺寸不同,导致裂纹萌... 详细信息

以典型粉末高温合金P/M Rene95为研究对象,在扫描电镜原位下观察了其中尺寸不同的陶瓷夹杂物在拉伸载荷下导致裂纹萌生的过程.结果表明,在SEM原位拉伸试验中,随着载荷的增加,裂纹在陶瓷夹杂物处萌生.Al2O3夹杂物的尺寸不同,导致裂纹萌生的方式不同.小尺寸的夹杂物引起的裂纹萌生易于产生在夹杂物内部,即夹杂物本身开裂,产生裂纹是在基体大面积屈服之后;而大夹杂物处的裂纹则是在合金基体未屈服之前萌生,位于夹杂/基体的界面.

关键词：微观力学行为 P/M Rene95合金陶瓷夹杂物 SEM原位拉伸观察裂纹萌生裂纹扩展粉末高温合金

基于晶体塑性有限元方法的TA2钛合金激光焊接接头的微观力学行为研究

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基于晶体塑性有限元方法的TA2钛合金激光焊接接头的微观力学行为...

作者：占军坤华中科技大学

学位级别：硕士

激光焊接是钛及钛合金的重要焊接方法之一。焊接接头分区的晶粒形态、晶粒尺寸等均存在较大差异,导致接头各区域的本构关系存在差异。然而,目前在焊接结构件的应力变形仿真中,整个接头采用相同的本构模型进行计算,导致计算结果与实际情... 详细信息

激光焊接是钛及钛合金的重要焊接方法之一。焊接接头分区的晶粒形态、晶粒尺寸等均存在较大差异,导致接头各区域的本构关系存在差异。然而,目前在焊接结构件的应力变形仿真中,整个接头采用相同的本构模型进行计算,导致计算结果与实际情况存在较大误差。力学行为研究是本构关系研究中的重要一环。由于焊接接头分区尺寸太小,难以通过实验手段研究其拉伸力学行为,而晶体塑性有限元方法是计算晶粒尺度内材料塑性变形的有效方法。因此,本课题基于晶体塑性有限元方法,对工业纯钛TA2激光焊接接头分区的力学行为进行研究,主要内容如下:(1)基于EBSD实验,构建工业纯钛TA2激光焊接接头的焊缝中心区、熔合线附近焊缝区、熔合区、热影响区、母材区的代表性体积单元模型。(2)采用唯象晶体塑性模型标定了工业纯钛TA2的晶体塑性参数,并验证了晶体塑性参数的可靠性,模拟的应力应变曲线与拉伸实验曲线整体上吻合效果良好。(3)分别研究晶粒数目、应变速率、加载方向对力学行为的影响,结果表明:大约100个晶粒的模型最适合作为代表性体积单元模型;在准静态条件下,焊缝中心区、熔合区和母材均存在应变率强化效应;在不同加载方向上,柱状晶模型的屈服强度的最大差异为14.4%,表现出一定的各向异性。(4)在0.001s的应变率下,平均晶粒尺寸为25μm、23.9μm、29.6μm的焊缝中心区的柱状晶模型屈服强度分别为361MPa、387MPa、372MPa;平均晶粒尺寸为22.1μm、23.2μm、40.4μm的熔合线附近焊缝区的柱状晶模型屈服强度分别为366MPa、368MPa、394MPa;平均晶粒尺寸为29μm、36μm、50.1μm的熔合区的等轴晶模型的屈服强度分别为354MPa、382MPa、390MPa;平均晶粒尺寸为32μm、29.7μm、33.2μm的热影响区的等轴晶模型的屈服强度分别为313MPa、321MPa、312MPa;平均晶粒尺寸为26.6μm、26.3μm、26.5μm的母材的等轴晶模型的屈服强度分别为326 MPa、322 MPa、316MPa。

关键词： TA2 激光焊接晶体塑性有限元代表性体积单元模型微观力学行为

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纯钛及TB6钛合金微观力学行为演化研究

纯钛及TB6钛合金微观力学行为演化研究

作者：倪丽丽东北大学

学位级别：硕士

钛及钛合金凭借密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高低温等优良性能,被广泛应用于航空、航天及船舰等领域,因此一直是国内外金属材料领域的研究热点。由于不同的加载速率会对材料的宏微观力学行为产生一定程度的影响,同时材料在加工过程中,... 详细信息

钛及钛合金凭借密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高低温等优良性能,被广泛应用于航空、航天及船舰等领域,因此一直是国内外金属材料领域的研究热点。由于不同的加载速率会对材料的宏微观力学行为产生一定程度的影响,同时材料在加工过程中,由于受到摩擦、温度以及自身形状等因素的影响,会引起材料各部位受力和变形的不均匀,导致材料内部各晶粒引发相应滑移的开动和位错的堆积,从而最终影响材料的宏观力学性能和长期应用,因此明确材料的微观应力状态及微观力学行为演化对于优化材料的综合性能具有重要的指导意义。本文以TA2纯钛靶材和TB6钛合金锻件为研究对象,采用宏观和微观相结合的手段,通过显微组织观察获得材料的基本形貌,同时利用同步辐射高能X射线原位衍射技术研究了拉伸速度对纯钛TA2微观力学行为演化的影响,以及TB6锻件不同区域在原位拉伸形变过程中微观力学行为演化特点,从而分别得出以下结论:通过对TA2纯钛的研究发现,TA2纯钛在室温准静态拉伸过程中存在显著的应变率强化效应和应变硬化效应。同时拉伸速度越大,各晶面进入屈服所需的外力越大,且材料的微观屈服应力均小于宏观屈服应力。在垂直和平行加载方向上各晶面的微观力学行为演化存在显著差异,表明密排六方结构的纯钛具有显著的各向异性。塑性变形过程中,随着拉伸速度的增加,垂直加载方向各晶面的点阵应变增幅增加且差距变大,而平行加载方向各晶粒的取向逐渐趋于一致,表明拉伸越大,不同取向晶粒之间的相互作用越强烈。滑移机制的启动以及孪晶的产生导致某些晶面的点阵应变突变,不同晶面点阵应变突变所需外力的不同表明不同取向晶粒启动孪生机制所需的临界分切应力(CRSS)不同。塑性变形过程中,各晶面强度的变化趋势不同,这是由于形变过程中滑移和孪生机制的启动引起的应力重新分配,导致晶粒均向有利于滑移或孪生的的取向发生了转动。同时变形过程中晶粒尺寸的减小及位错密度增加,导致各晶面的衍射峰出现不同程度的宽化。另外,根据TB6钛合金锻件五个不同区域取样研究发现,各区域样品的微观组织均为初生α相+β转变组织,但初生α相的形貌和体积分数不同,初始状态2#样品不存在织构,3#和5#样品分别具有典型的拉伸织构和压缩织构,可见锻造过程中不同区域受应力场和温度场的不同,对微观组织及取向产生了一定影响,进而导致力学性能的差异。五个样品各晶面的点阵应变在弹性阶段呈线性增加,塑性变形阶段,(200)晶面点阵应变增幅最大,为最软的取向(除了 3#样品),α相中(0002)晶面增幅最大,为α相中最软的取向,且在相同外力作用下,β相中晶面的点阵应变基本都大于α相晶面。各晶面点阵应变随应力增加基本都上升,仅α相(10-11)晶面逐渐下降成为硬取向,承受较大的应力。在相同的应力范围内,2#样品β相晶面点阵应变增幅和a相差不多,这可能是因为2#样品微观组织呈片层状,两相受力比较均匀所致。五个样品α与β相中所有晶面的半高宽均随着应变量的增加而逐渐上升,这是由于变形过程中晶粒尺寸逐渐减小同时位错密度逐渐增加所引起的各衍射峰不同程度的宽化。

关键词： TA2纯钛 TB6钛合金同步辐射高能X射线原位拉伸微观力学行为

碳纤维增强聚合物复合材料的微观力学行为与失效机制

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碳纤维增强聚合物复合材料的微观力学行为与失效机制

作者：李伟智吉林大学

学位级别：硕士

碳纤维增强聚合物复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)作为应用最广泛的先进复合材料之一,因其在比刚度、比强度、比模量等方面的优势,展现出优异的综合力学性能。考虑到碳纤维复合材料在航空航天、装备制造、交通运输等领... 详细信息

碳纤维增强聚合物复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)作为应用最广泛的先进复合材料之一,因其在比刚度、比强度、比模量等方面的优势,展现出优异的综合力学性能。考虑到碳纤维复合材料在航空航天、装备制造、交通运输等领域的潜在应用前景,深入理解其在不同服役工况下的微观力学行为与变形损伤机制,为优化CFRP层合板复合结构、改进复合制备工艺、研发新型轻质高强纤维复合材料提供科学基础。为全面深入了解CFRP层合板在多种服役工况下的微观力学性能和变形损伤机制,应变速率与力学参数和损伤失效形式之间的相关性,并提出CFRP层合板应变速率诱导的微观失效机制。与此同时,考虑到CFRP层合板承受载荷方向的时变性,不同铺层角度取向对其裂纹形核、扩展与层间失效的影响机制需进一步揭示。此外,考虑到树脂基CFRP层合板多层、多向编织模式导致的微观变形损伤机制难以被有效预测,研究多层、多向碳纤维复合材料的层间微观变形行为可以深入揭示其失效机制。因此,本文展开了以下三方面研究,具体研究内容如下:(1)研究了宽应变速率范围对不同铺层取向CFRP层合板的力学性能和微观变形损伤机制的影响。设计研发了适用于CFRP层合板原位测试并可与奥林巴斯光学显微镜集成使用的小型卧式原位力学性能测试仪器,并采用手工铺层工艺制备了不同铺层结构CFRP层合板试样。通过对仪器获取的拉伸应变提出误差校准,对([0°/0°]、[0°/90°])铺层取向CFRP层合板在准静态以及低速连续加载速率下的微观力学行为与失效机制进行了研究,获取了2.6×10s～2.6×10s应变速率范围下CFRP层合板试样的应力-应变曲线及其统计规律。揭示了随着应变速率的逐渐增加,其断裂强度和断后伸长率呈现“低-高-低”的变化趋势。结合扫描电镜对断口形貌的表征分析,建立了适用于不同应变率的多层/多取向CFRP层合板失效行为的普适性微观失效模型。(2)研究了CFRP层合板单层板裂纹形核与扩展机制,提出了不同铺层角度取向CFRP层合板微裂纹扩展模型。在准静态(2.6×10s)以及低速加载(2.6×10s)条件下,建立了平面内拉伸载荷作用下7种非平衡对称CFRP层合板的断裂强度、断后伸长率、杨氏模量以及等效断裂能与铺层取向角度的关联性,建立了层合板离轴层碳纤维复合材料单元体受力的理论模型,结合扫描电镜对断裂试样断口形貌的表征,揭示了不同铺层取向层合板断裂失效模式间的差异性,并据此进一步提出了不同铺层取向CFRP层合板微裂纹扩展模型,阐明了基体微裂纹诱导的断裂损伤失效机制。(3)通过原位拉伸测试实验以及有限元仿真分析揭示了CFRP层合板的拉伸失效机理与层数和铺层方向的关联映射。考虑到多层/多取向编织模式导致的失效机制的难以预测性,在恒定应变速率2.6×10s下针对无缺陷试样以及预制V形缺陷试样进行测试。随着层数的增加,其抗拉强度、等效断裂能、应变硬化系数均逐渐降低,而断后伸长率呈现出逐渐增加的趋势。通过基于层合板刚度理论开展的有限元仿真分析,结合扫描电镜对层合板层间界面失效模式的表征,阐明了导致层间界面失效的影响权重顺序依次为:90°/编织层、0°/90°层和0°/编织层。

关键词： CFRP 微观力学行为变形损伤机制原位拉伸测试应变速率角度铺层取向

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涂层/基体型复合材料微观力学行为的研究

理化检验（物理分册） 1999年第2期35卷 65-67,72页

作者：胡明山云峰吴敬东佳木斯大学工学院佳木斯154007 佳木斯热电厂佳木斯154004 佳木斯市热力公司佳木斯154002

利用纳米力学显微探针,详细地分析了碳化钨/金属基复合材料界面微区的微观力学行为.结果表明,在强度、硬度和弹性方面,超音速火焰喷涂层优于爆炸喷涂层;在塑性、微区吸收功方面,爆炸喷涂层则优于超音速火焰喷涂层.

关键词：力学探针微观力学行为热喷涂复合材料

单晶MgO微观力学行为和磨粒加工表面层损伤

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机械工程学报 2013年第1期49卷 115-115页

作者：董志刚康仁科大连理工大学

作者：董志刚毕业学校：大连理工大学指导教师：康仁科通过纳米压痕、微压痕和微划痕试验，研究了单晶MgO不同晶面的的纳米力学性能以及微观变形和损伤特征。根据加载条件的不同，单晶MgO会发生：弹性变形、弹塑性变形、蠕变变形、微裂... 详细信息

作者：董志刚毕业学校：大连理工大学指导教师：康仁科通过纳米压痕、微压痕和微划痕试验，研究了单晶MgO不同晶面的的纳米力学性能以及微观变形和损伤特征。根据加载条件的不同，单晶MgO会发生：弹性变形、弹塑性变形、蠕变变形、微裂纹和微破碎。弹性变形时的纳米压痕力一位移曲线符合赫兹弹性接触理论，其变形在卸载后可完全恢复；塑性变形时MgO在{110}易滑移晶面系内位错形核和滑移的结果。

关键词： MgO 微观力学行为磨粒加工单晶博士论文损伤表面层弹塑性变形

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金属层状复合材料的力学行为及微观变形机理

中国材料进展 2024年第1期43卷 24-34,11页

作者：姜爽贾楠 Peng Lin Ru 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室辽宁沈阳110819 林雪平大学工程材料系瑞典林雪平58183

金属层状复合材料作为一种典型的非均质材料,通过调控其内部的多尺度微结构特性,可以实现金属结构材料强度-韧性的协同提升,在高端先进制造领域具有潜在的应用前景。金属层状复合材料的宏观力学性能显著依赖于各组元层的性能、厚度和异... 详细信息

金属层状复合材料作为一种典型的非均质材料,通过调控其内部的多尺度微结构特性,可以实现金属结构材料强度-韧性的协同提升,在高端先进制造领域具有潜在的应用前景。金属层状复合材料的宏观力学性能显著依赖于各组元层的性能、厚度和异质界面的结构特性。变形过程中材料内部的微观应力/应变在异质界面处的协调特性对组元金属的形变微观机制产生重要影响,进而影响复合材料整体的性能。因此,探索金属层状复合材料的“微观结构-力学行为-变形机制-宏观力学性能”的内在关联并揭示其对应的微观形变机理,对设计具有优异综合力学性能的金属层状复合材料有重要的理论指导意义和实际应用价值。聚焦于晶态金属层状复合材料的微观力学行为及变形机理,介绍了其力学行为的尺寸与界面效应,着重讨论了室温下材料的微观形变物理过程,阐明了非均匀金属层状复合体强韧化的机理。最后,对金属层状复合材料力学行为的研究进行了简要展望。

关键词：金属层状复合材料塑性变形微观力学行为变形机制异质界面强韧化机制

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单轴拉伸下AerMet100钢中稀土夹杂物开裂过程的原位观察

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材料工程 2008年第12期36卷 24-29页

作者：郭峰李杰李志王俊丽古立新王瑞北京航空材料研究院北京100095 抚顺特殊钢股份有限公司辽宁抚顺113001

扫描电镜观察了AerMet100钢中稀土夹杂物的形貌、尺寸;原位观察了单轴拉伸条件下稀土夹杂物的微观力学行为。结果表明:稀土夹杂物呈球状或椭球状,拉伸过程中稀土夹杂物内部最先萌生裂纹。建立了裂纹萌生的应力判据。裂纹在夹杂物内部扩... 详细信息

扫描电镜观察了AerMet100钢中稀土夹杂物的形貌、尺寸;原位观察了单轴拉伸条件下稀土夹杂物的微观力学行为。结果表明:稀土夹杂物呈球状或椭球状,拉伸过程中稀土夹杂物内部最先萌生裂纹。建立了裂纹萌生的应力判据。裂纹在夹杂物内部扩展,不易向基体延伸。数值模拟单轴拉伸试验和理论计算结果与原位观察基本一致。

关键词： AerMet100钢稀土夹杂物微观力学行为