疲劳载荷作用下铝镁合金中的粗滑移区的形成

过去关于铝和铝铜合金的研究工作指出,在疲劳载荷过程中的能量消耗(△E)所发生的变化可以分成两个不同的阶段。第一阶段相当于位错的被钉札,在第二阶段里△E的再上升则表示已有粗滑移区出现。为了进一步验证这种看法,在本文中用含镁量为0.52,0.91,3.46和5.15％的铝合金进行了扭转疲劳试验,测定了经过各种应力循环数N以后的滞后迴线的面积,从而算出在每次循环中的能量消耗△E。在疲劳载荷经过不同循环数后,试样表面进行金相观测的结果指出,对于所用的合金而言,滑移痕迹的变化都表现出两个明显不同的阶段。在第一阶段里,常常观察到几组细而直的滑移线均匀分布在一个晶粒内。在第二阶段里,某一组滑移线变得集中而粗化成簇。一般而言,在镁含量较低(0.52,0.91％)的合金里,以及当扭应变较大时,粗滑移区出现得较早。将所观察到的△E-N曲线的变化与粗滑移区的出现做了比较,并且考虑到在疲劳载荷过程中第一阶段和第二阶段的△E可能发生重迭的情况,指出了试样里出现粗滑移区可以引起△E在疲劳后期的再上升。这与过去关于铝和铝铜合金所得结果相合。本文还讨论了位错在疲劳载荷第一阶段里被溶质原子气团所钉札的状态与粗滑移区的随后形成的联系。     

在铝镁合金的疲劳载荷过程中溶质原子与位错的交互作用

本文进行了淬火状态的、含0.52,0.91,3.46和5.15％Mg的铝合金的扭转疲劳试验,测定了相应的ΔE-N曲线和T_m-N曲线。实验结果指出,对于含镁量为0.52,0.91％的试样来说,当表面扭应变较小时,ΔE在起始时,随着应力循环数的增加而下降。当表面扭应变增大时,ΔE-N曲线始而变平,继而上升,直至达到一较高值才稳定下来。当试样中的含镁量为3.46％时,在扭应变不太大时,ΔE-N曲线的变化情况与Al-4％Cu合金的相象,不过当扭应变足够大时,ΔE起始时上升,并且经过一个峯值又下降。当含镁量增至5.15％时,ΔE-N曲线的表现已完全与Al-4％Cu合金的相象,在所用的最高表面扭应变下也并不表现出明显的峯值。对于所用的各种成分的试样来说,最大抗扭矩T_m起始总是上升的。上述结果都可以根据溶质镁原子在疲劳过程中渐渐进入位错,形成气团来解释。可以认为,在铝镁合金的情形,产生ΔE的因素以及影响ΔE的大小的因素,对于疲劳载荷的起始阶段来说,可能都主要是由于气团的作用。当含镁量较低时,对于足够高的表面扭应变来说,气团较为松动,位错能够拖着气团运动,从而需要作功,使ΔE和T_m都上升。但当合镁量较高时,或表面扭应变不太大时,在疲劳一起始就形成了能够对于位错起钉扎作用的足够浓的气团。继续进行疲劳时,进入位错的溶质原子将使位错的动性进一步降低,导致ΔE起始下降,T_m起始上升。此外,还对于经过不同时效处理的Al-0.52％Mg和Al-3.46％Mg合金进行了疲劳试验,观测到应变时效现象,这与上述的溶质原子气团模型相合。     

时效、断续载荷和再溶处理对于铝铜合金的疲劳过程的影响

【摘　要】本文研究了各种处理对于含铜1％、2％和4％的铝合金在疲劳载荷下ΔE和T_m的变化的影响,并进行了相应的金相观测。用Al-1％Cu合金所进行的试验指出,当外加扭应变较大时,ΔE和T_m曲线的形状类似于高纯铝或工业纯铝;当扭应变较小时,或在室温进行预先时效后,曲线的形状类似于Al-4％Cu合金。这些结果都可以根据溶质原子对于位错的交互作用的看法得到解释。对于Al-1％Cu和Al-2％Cu合金进行了断续的疲劳载荷试验,结果证明了ΔE在疲劳后期的上升是由于试样里出现了集中的粗滑移区,而不是由于疲劳载荷引起了过时效从而使试样发生软化的结果。用Al-4％Cu合金进行了疲劳和再溶处理的试验,根据ΔE和T_m曲线的表现情况来看,认为如在ΔE的后期上升后立即对试样进行再溶处理,即可以使试样回复到原来的状态,但当ΔE上升过了一个时期以后,由于试样中已有裂缝出现,对试样进行再溶处理,反足以加速试样的断裂。根据实验结果,可以总结出两个具有实际意义的推论:(1)由于粗滑移带的出现是形成疲劳裂缝的先声,所以有可能通过测量ΔE的方法来查知初发裂缝的形成;(2)通过加入合金元素和进行热处理的方法,可以推迟粗滑移带的出现,从而提高铝合金试样的疲劳寿命。     

铝在疲劳载荷作用下所发生的基本过程

【摘　要】进行了99.6％工业纯铝和99.99％高纯铝(退火和冷加工)的扭转疲劳试验,测定了经过各种应力循环数N以后的滞后迴线的形状和面积,从而算出了在每次循环中的能量消耗ΔE和最大抗扭矩T_m。对于所得到的ΔE-N曲线和T_m-N曲线进行了分析,并与在疲劳试验的各个阶段对于试样表面所作的金相观测结果作了比较,认为在试样中未出现局部滑移区以前,引起ΔE和T_m的基本过程是空位对于位错的钉紥作用,这是一种体积效应,但是在局部滑移区出现以后,这种滑移区引起额外的能量消耗,而对于T_m的影响并不显著,因而在这个阶段里T_m和ΔE的变化便不再彼此相对应。这种分析可以澄清过去文献中关于ΔE和T_m(代表硬度变化)在疲劳过程中的变化的许多互不一致的结果。假定实验所观测到的曲线是这两种过程(整体过程和局部过程)所引起的效应的迭加,并且假定这两种过程对于ΔE和T_m的贡献由于疲劳振幅的大小、试样的处理状态(退火或冷加工)以及所合杂质之不同而异,可以满意地解释实验所观测到的各种曲线的形状和位置。这个观点的正确与否还有待于进一步的实验证实。     

在疲劳载荷下含铜4%的铝合金中的位错钉扎和解脱

【摘　要】用Al-4％Cu合金进行了恆应变扭转疲劳试验,观察到ΔE在起始阶段下降直至接近零值,经过一定的疲劳循环数以后又重新上升。金相观测的结果指出,ΔE的重新上升对应着滑移区的突然变得集中。这有力地证明了我们以前所作的假设,即局部化滑移区的出现是引起ΔE的一种基本过程。在疲劳载荷下的T_m在超始阶段上升,但上升至最高值并保持此值经过一定的疲劳循环数以后,出现骤然的下降,这正对应着ΔE的重新上升。这种现象的出现可能是反映着在前期疲劳载荷下被钉紥的位错得到了骤然的解脱。初步认为,位错的被钉紥和随后得到解脱的过程,是由于在疲劳初期所形成的溶质铜原子气团沿着位错线的某些有利地段富集成核,同时使位错线上的另一些地段从溶质原子中解脱出来。随着富集核的逐惭增大,和其间的得到了解脱的位错段的长度的逐渐增加到某一临界值,便在疲劳载荷下出现了位错“雪崩”的现象,产生了大量的新位错,这使T_m骤然降低,并且导致局部滑移地区的形成,从而使ΔE重新增加。     

红外测温法研究Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier效应

试件塑性变形过程伴随着机械能向热能的转化.利用红外测温法,通过分析红外热像仪采集的温度场图像,系统研究了Al-Mg合金中的Portevin-Le Chatelier （PLC）效应.在不同应变率下,实验得到了三类锯齿形应力-应变曲线,分析了相应情况下试件温度变化曲线的异同及其原因,探讨了三种类型PLC变形带的空间传播特性.研究发现,试件表面的温升随着应变率的增加而增加;PLC带的倾角转向发生在试件的两端或者带外的温度最高处. 关键词： Portevin-Le Chatelier效应 红外测温 Al-Mg合金     

不同时效状态的含铜4%的铝合金在疲劳载荷下溶质原子与位错的交互作用

为了进一步研究在疲劳载荷下含铜4％的铝合金中的位错钉扎过程,进行了经过不同时效的试样的扭转疲劳试验,测定了经过各种应力循环数N以后的滞后迴线的形状和面积,从而算出了在每次循环中的能量消耗ΔE和最大抗扭矩T_m。所选择的时效温度和时效时间是使试样中分别有G.P.[1]区,G.P.[2]区,θ′相和稳定的θ相出现。把所得的ΔE-N曲线和T_m-N曲线的变化情况作比较时可以看出,在疲劳载荷的起始阶段引起位错钉扎的并不是由于相变产物如G.P.[1]或[2]区的作用。比较并分析了在各种时效状态下的第一周能量消耗值(ΔE)₁的变化,结果指出,在所研究的铝铜合金的情形,产生ΔE的原因是由于在位错附近的点阵中有起伏的内应力场出现,因为位错在这种内应力场中往复运动需要作功。产生这种起伏的应力场的因素有点缺陷(空位和溶质原子)、原子簇、G.P.[1]区和G.P.[2]区,或者其他种不在位错线上聚集或成核的缺陷。根据上述分析,可以认为,在疲劳载荷中,使位错钉扎的是由于溶质原子气团的形成。溶质原子在疲劳过程中通过空位的帮助进入位错,形成气团,使位错被钉扎。被钉扎的位错的动性减低,因而ΔE下降。在时效过程中,在位错线上成核的θ′和θ相,对于位错线也起着一定的钉扎作用。由上述的图象还可以推知,G.P.[1]区和G.P.[2]区不是在位错线上成核的,而θ′相和θ相则是在位错线上成核的。     

一个单滑移取向铜单晶体疲劳位错结构的热稳定性研究

利用扫描电镜电子通道衬度(SEM-ECC)技术观察研究了[4 18 41]单滑移取向铜单晶体在不同塑性应变幅下的疲劳饱和位错结构及其在不同温度等时退火条件下的热稳定性. 结果表明, 在退火温度为300 °C时, 疲劳位错结构(如脉络结构、驻留滑移带PSB楼梯结构、PSB胞结构和迷宫结构等)均发生了明显回复. 当退火温度高于500 °C, 上述这些疲劳位错结构基本消失, 均发生了明显的再结晶现象, 并大都伴随有退火孪晶的形成. 分析认为, 再结晶的发生和退火孪晶的出现不仅与退火温度和外加塑性应变幅有关, 还与累积循环塑性应变量有着密切的关系.     

激光喷丸强化IN718合金晶粒重排与疲劳特性

为了揭示激光喷丸(LP)强化IN718合金疲劳寿命增益的机制,研究了合金喷丸前后晶粒重排与疲劳特性的关系。结果表明,LP后试样表层的塑性形变深度最大可达33.7μm,合金的最大疲劳寿命增益可达188%;激光冲击波诱导产生的表层残余压应力随激光功率密度的增大而增大,但增幅逐渐减小;疲劳试验后,表层残余应力出现了52%的释放;LP后试样表层晶粒出现细化现象,细化深度达到175μm;位错滑移和位错攀移以及孪晶等共同作用使原始晶粒内形成了亚晶粒,最终细化了晶粒组织。     

剪切应变下刃型位错的滑移机理的晶体相场模拟

针对刃型位错的滑移运动, 构建包含外力场与晶格原子密度耦合作用的体系自由能密度函数, 建立剪切应变作用体系的晶体相场模型. 模拟了双相双晶体系的位错攀移和滑移运动, 计算了位错滑移的Peierls势垒和滑移速度. 结果表明: 施加较大的剪切应变率作用, 体系能量变化为单调光滑曲线, 位错以恒定速度做连续运动, 具有刚性运动特征; 剪切应变率较小时, 体系能量变化出现周期波动特征, 位错运动是处于低速不连续运动状态, 运动出现周期“颠簸”式滑移运动, 具有黏滞运动特征; 位错启动运动, 存在临界的势垒. 位错启动攀移运动的Peierls势垒要比启动滑移Peierls势垒大几倍. 位错攀移和滑移运动特征与实验结果相符合.     

铝铜合金在范性形变过程中的低频内耗

在小型拉力试验机上测量了几种铝铜和铝镁合金试样在拉伸形变过程中的低频内耗,观测到在内耗-应变曲线上出现一系列的跳跃现象。研究了测量温度和一些冶金因素对于这种跳跃现象的影响。实验结果指出,出现这种现象的温度范围与铝铜合金中出现台阶状或锯齿状应力-应变曲线的温度范围相对应。这表明,这种现象与在范性形变过程中所进行的应变时效过程有关,是由于位错气团在形变过程中的更迭形成和解脱所引起。 关键词：     

A positron lifetime study in quenched Pb(Ag) alloys

Positron lifetime measurements have been made in quenched or irradiated pure Pb and in quenched Pb(Ag) alloys. From positron investigation of annealing behaviour, the precipitation of silver atoms in dilute alloys should be understood in terms of (Ag-Pb) interstitially migrating pairs. The presence of di-interstitials (Ag-Ag) or complexes [Ag(S)-V] as mobile defects responsible for the Ag transport process in concentrated alloys is discussed.     

Strain bursts during cyclic deformation and coarse slip

Summary Single crystals of 99·98% copper were cyclically deformed in push-pull at 50 cps by an electrodynamical vibrator designed to make the stress amplitude independent of changes in plastic compliance of the specimen. Over a period ofN cycles (280 < < N < 10⁶) the stress amplitude was increased linearly with time up to 3·2 kp/mm² giving a fatigue life of 10⁶. During this monotonic increase of stress amplitude withN > 5000 the plastic strain amplitude did not rise monotonically but showed about 20 regularly spaced, strong maxima. These slip bursts lasted typically about 50 cycles and originated from slip distributed throughout the specimen. The next burst occurred when the stress amplitude had increased by about 12%. Observations of the influence of the rate of stress amplitude increase, unidirectional prestrain, and orientation are reported. If one stops increasing the stress amplitude between two strain bursts at a stress amplitude of only about 1·5 kp/mm² and then pulls the specimen unidirectionally, a yield point with a lower yield stress is observed just at the stress where the next strain burst would have occurred had the increase of cycling stress been continued. During the subsequent yield elongation in a unidirectional test there form very strong (0·3 m) and widely spaced (5 m) slip lines. This coarse slip cannot be explained in terms of point defect clusters at the very beginning of a fatigue test of a pure metal. All of these observations can, however, be interpreted in terms of the formation and dissociation of dislocation dipoles formed by mutual trapping of dislocations of opposite sign on different slip planes. It seems reasonable that the main part of cyclic hardening is due to this mutual trapping even in tests performed so that no bursts occur. This is in agreement with the ample evidence supplied by electron microscopy that almost nothing but dipoles are observed after cyclic deformation.Published in Z. f. Metallkunde59 (1968), 927.     

Cyclic hardening of copper single crystals

Cyclic hardening of copper single crystals was investigated at room temperature at stress amplitudes corresponding to stages II and III of the monotonic work-hardening. At constant shear stress amplitudes corresponding to stage II of monotonic work-hardening, the cyclic hardening as a function of the number of stress cycles is independent of stress amplitude and of strain rate. Further, it seems to be able to decrease the mean free slip area of mobile dislocations so that their motion becomes almost completely reversible. Thus, neither structural changes nor final fatigue failure can be expected at these stress amplitudes. At shear stress amplitudes corresponding to stage III of monotonic work-hardening, cyclic hardening becomes the smaller the higher the stress amplitude used. The mean free slip area of mobile dislocations stays generally large enough to allow the structural changes required for cyclic softening and final fatigue failure. In the lower portion of this stress amplitude region, the strain amplitude associated with the constant stress cycling is continuously controlled by cyclic hardening, while in the higher portion, it is controlled first by cyclic hardening and then by work-hardening during the half cycle in question. Creep can also be found at these stress amplitudes corresponding to a high level in stage III.