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粉末冶金BeAl材料疲劳性能宏微观分析

稀有金属材料与工程 2006年第6期35卷 890-894页

作者：吴艳青牛莉莎施惠基王战宏清华大学教育部破坏力学重点实验室北京100084 西北稀有金属材料研究院宁夏石嘴山753000

用原位sem观测研究了粉末冶金BeAl材料应力控制的疲劳机制。断裂时,低应力疲劳比高应力的平均累积塑性应变小得多。前者的累积塑性应变变化速率随着循环次数增大明显减小,后者则接近线性变化规律,表明高应力水平下的疲劳损伤累积更接近... 详细信息

用原位sem观测研究了粉末冶金BeAl材料应力控制的疲劳机制。断裂时,低应力疲劳比高应力的平均累积塑性应变小得多。前者的累积塑性应变变化速率随着循环次数增大明显减小,后者则接近线性变化规律,表明高应力水平下的疲劳损伤累积更接近线性假设。低应力疲劳可从表面观测到一条疲劳主裂纹,由微观尺度下的累积塑性应变控制;高应力水平疲劳加载初期很快有宏观尺度的累积塑性应变,使Be与Al结合相界面同时产生较多裂纹。裂纹主要沿Al和Be结合强度较弱的表面路径扩展,随后沿纵深方向扩展,在材料内部裂纹扩展方向会变为与加载方向平行的Be基滑移面方向。当裂纹达到临界尺寸,局部塑性应变控制变为主应力方向控制,促使裂纹向前方扩展,宏观断口呈现出有层次的撕裂型。

关键词： BeAl材料粉末冶金疲劳机制 sem原位观测累积塑性应变

疲劳载荷作用下X80管线钢夹杂物的微观行为

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石油学报 2012年第3期33卷 506-512页

作者：李少华曾燕屏仝珂北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 中国石油集团石油管工程技术研究院陕西西安710065

X80管线钢是我国长输管线的主要用钢,其安全性评价直接关系到管线的经济性和安全性。采用扫描电镜(sem)原位观测的方法,动态跟踪观察了拉-拉疲劳载荷作用下国产X80管线钢中不同形状和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至试样断裂的全过... 详细信息

X80管线钢是我国长输管线的主要用钢,其安全性评价直接关系到管线的经济性和安全性。采用扫描电镜(sem)原位观测的方法,动态跟踪观察了拉-拉疲劳载荷作用下国产X80管线钢中不同形状和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至试样断裂的全过程,并计算了影响X80管线钢疲劳性能的临界夹杂尺寸。结果表明,非金属夹杂物能够导致X80管线钢疲劳裂纹的萌生与扩展,疲劳裂纹首先在夹杂/基体界面的基体一侧萌生,然后向远离夹杂的基体中扩展;在拉-拉疲劳载荷作用下,X80管线钢薄板疲劳裂纹的稳态扩展速率为10-10 m/cycle量级;夹杂物尺寸越大,疲劳裂纹萌生越早,试样寿命越短。为了避免夹杂物对管线钢疲劳性能的危害,管线钢中夹杂物的尺寸应尽量控制在临界尺寸之内,尤其应避免出现带状夹杂物。

关键词： X80管线钢非金属夹杂物疲劳裂纹的萌生与扩展 sem原位观测

SnPb焊点结构的高周疲劳行为检测与寿命表征方法

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南京大学学报（自然科学版） 2009年第2期45卷 129-134页

作者：王习术阎成琨 Murai Ryosuke 赵海燕清华大学航天航空学院工程力学系北京100084 材料与强度研究室三菱重工业株式会社日本名古屋市453-8515 清华大学机械系北京100084

本文对SMT型的SnPb焊点结构(PC基板-SnPb焊料-陶瓷电阻结构)的高周疲劳(2×104～1×106循环次数)失效行为进行了扫描电子显微镜(sem)原位观测试验和有限元分析.这些结果表明:SMT型SnPb焊点结构的高周疲劳裂纹主要发生在SnPb焊料与陶瓷... 详细信息

本文对SMT型的SnPb焊点结构(PC基板-SnPb焊料-陶瓷电阻结构)的高周疲劳(2×104～1×106循环次数)失效行为进行了扫描电子显微镜(sem)原位观测试验和有限元分析.这些结果表明:SMT型SnPb焊点结构的高周疲劳裂纹主要发生在SnPb焊料与陶瓷电阻结合处(趾或踵toeorheel),而高周疲劳裂纹扩展主要在SnPb焊料表面或内部,表面疲劳裂纹扩展方向随基板上施加的应力增大而偏向基板一侧.同时,这些裂纹扩展长度与焊点几何形状相关,一般扩展长度在150μm以内并因为焊料与电阻或焊料与基板的界面开裂出现停顿.此外,用ABAQUS软件分析了基板上外加应力与焊料上响应应力间的比例关系.基于试验和有限元分析计算比较,试验中发现的裂纹萌生源及裂纹扩展方向均与有限元计算得到的最大应力或最大应变集中区域相一致.最后,提出了简便预测这类结构的高周疲劳寿命方法,且预测结果与试验结果吻合较好.

关键词：焊点结构高周疲劳寿命有限元分析预测方法 sem原位观测

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夹杂物对超高强度钢微观破坏机制的研究

夹杂物对超高强度钢微观破坏机制的研究

作者：梁锋清华大学

学位级别：硕士

随着世界经济的发展,钢铁材料以高强、高韧、轻量、高功能化为目标进行着研究,在众多领域要求实现钢材的高强度化,可以说对于21世纪的钢铁材料来说,高强度化是一个大的发展领域。但是由于熔炼原料不纯或处理不当等一些冶炼原因,金属材... 详细信息

随着世界经济的发展,钢铁材料以高强、高韧、轻量、高功能化为目标进行着研究,在众多领域要求实现钢材的高强度化,可以说对于21世纪的钢铁材料来说,高强度化是一个大的发展领域。但是由于熔炼原料不纯或处理不当等一些冶炼原因,金属材料中总是或多或少的存在一些夹杂物(硬质或软质)。而在金属材料中即使存在很少量的夹杂物,也足以影响金属材料的性能,降低材料的质量尤其是使材料的关键力学性能指标——低周疲劳寿命大大降低。大量实验观察表明,硬质夹杂物是超高强度钢主要的裂纹萌生源。因此,研究高强度钢中夹杂物对钢的性能的影响就显得尤为重要。本文研究利用带有高清晰度扫描电子显微镜(sem)的液压伺服疲劳试验机,对含有不同形状和大小的夹杂物的超高强度钢MA250和GE1014进行了原位观测实验研究。主要研究了的微观、瞬态时夹杂物附近裂纹生长行为和断裂机理。试验中不仅考察不同形状,大小夹杂物对超高强度钢的裂纹萌生与扩展行为的影响,还研究了不同载荷类型下的裂纹萌生与扩展行为,尤其是疲劳载荷下的夹杂物对疲劳裂纹萌生与扩展的影响。比较了夹杂物长轴平行加载方向时和垂直加载方向时裂纹不同的萌生位置及起因。在我们的大量试验结果中(薄试样、低周疲劳),超高强度钢夹杂物对疲劳裂纹萌生与稳态扩展的关键尺寸是10μm-20μm。疲劳裂纹萌生有三种基本形式:夹杂物开裂、夹杂物和基底材料的脱裂以及基底材料中滑移线上的开裂。微观结构很大程度上影响了微小裂纹的萌生与初始扩展,而外加载荷则决定了微小裂纹的稳态扩展阶段。本文还通过对各种情况下的断裂断口形貌特征进行了分析,比较了表面观察结果到疲劳失效过程和内部失效过程中的各种异同。这对了解超高强度钢的整个疲劳行为来说是一个很重要的内容。本文利用有限元方法粗略地对不同大小,形状的夹杂物对疲劳裂纹的影响进行了模拟计算,并与实验结果进行了对比。

关键词：夹杂物低周疲劳 sem原位观测疲劳断裂机理有限元模拟

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铸造镁铝合金疲劳与失效行为的实验研究

铸造镁铝合金疲劳与失效行为的实验研究

作者：吴必胜清华大学

学位级别：硕士

随着航天航空及汽车工业轻量化、节能化和环保化的必然趋势,承载交变载荷的镁铝合金构件越来越多的使用,引起了人们对其疲劳性能的研究兴趣。本文主要研究铸造镁铝合金显微疲劳失效行为和断裂机理,考虑各种因素(如微观结构、加载方式、... 详细信息

随着航天航空及汽车工业轻量化、节能化和环保化的必然趋势,承载交变载荷的镁铝合金构件越来越多的使用,引起了人们对其疲劳性能的研究兴趣。本文主要研究铸造镁铝合金显微疲劳失效行为和断裂机理,考虑各种因素(如微观结构、加载方式、外部环境)对镁铝合金疲劳行为的影响,最后定量地评价了镁铝合金疲劳微小裂纹扩展速率和疲劳寿命。本次研究利用带有高清晰度扫描电子显微镜(sem)的液压伺服疲劳试验机,分别对铸造 AM50、AM60、AZ91 镁铝合金的光滑和带缺陷(小孔或缺口)试件进行了原位观测疲劳实验。通过拉伸实验及对镁铝合金微观组织的观察发现镁铝合金微观结构对其力学性能有很大的影响。尺寸于 5-50 μm 范围内时,α -Mg晶粒越小、分布越均匀,则合金强度越高;第二相组织( β -MgAl相)体积含量的增加以及网状的空间分布,同时提高了材料的强度和脆性。通过在常、高温下对试件疲劳微小裂纹演化情况的原位观察试验,发现在常温下,由于 β -MgAl相结合强度较低且脆性较强,断裂以沿晶界面为主;在高温下,由于 β -MgAl界面变软, α -Mg晶粒与晶界的变形协调性基本一致,因此,断裂以穿晶为主。微观结构很大程度上影响了微小裂纹的萌生与初始扩展,而外加载荷则决定了微小裂纹的稳态扩展阶段。通过分析知道,随着应力的提高,一对斜孔试件,孔与孔对断裂微小裂纹扩展的路径的影响变大。从断口分析可以知道,镁铝合金的疲劳失效机理有解理断裂、空洞聚集以及混合机理三种方式。并且在高温下,镁铝合金断裂方式有从解理向准解理转变的趋势。本文还对小孔在循环载荷下对应力分布的影响进行了有限元模拟与分析。本文中一个重要的工作就是通过在高温下对微小裂纹扩展的观察,然后基于微小裂纹扩展规律建立起了疲劳微小裂纹扩展速率及寿命预测公式。实验结果表明,在一定的温度下,微小裂纹扩展速率 dl /dN 是 σ和微小裂纹长度 l的函数,其中指数 n与温度成一定的线性关系。

关键词： sem原位观测疲劳寿命评价有限元分析疲劳小裂纹疲劳断裂机理

SiC_(f)/SiC复合材料原位分析研究进展

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失效分析与预防 2019年第5期14卷 350-356页

作者：余小斌孟江燕范金娟魏振伟南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063 中国航发北京航空材料研究院北京100095

原位观测方法能实时、动态、连续地观测SiCf/SiC复合材料的损伤演变过程,对研究SiCf/SiC复合材料在服役环境下的安全运行具有重要的学术价值和工程意义。本文介绍了sem原位观测、X-CT原位观测、TEM原位观测方法的原理及在研究SiCf/SiC... 详细信息

原位观测方法能实时、动态、连续地观测SiCf/SiC复合材料的损伤演变过程,对研究SiCf/SiC复合材料在服役环境下的安全运行具有重要的学术价值和工程意义。本文介绍了sem原位观测、X-CT原位观测、TEM原位观测方法的原理及在研究SiCf/SiC复合材料损伤演变方面的优势、局限性及制样方法,综述了近年来国内外采用sem、X-CT及TEM 3种原位观测方法分析SiCf/SiC复合材料微裂纹的萌生、扩展过程及微观结构对于不同外部激励信号的动态响应过程的研究工作。最后指出X-CT原位分析技术研究SiCf/SiC复合材料的动态损伤是未来的主要发展方向。

关键词： SiCf/SiC复合材料 sem原位观测 X-CT原位观测 TEM原位观测