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。     

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。     

材料界面在疲劳断裂过程中作用的基础性研究(1994～1996年工作总结)

材料界面在疲劳断裂过程中作用的基础性研究（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题１疲劳损伤与裂纹萌生的晶体学关系①用熔体生长法和形变退火法制备了多种取向的Ａｌ、Ｃｕ和ＣｕＺｎ合金单晶体,进行...      

纤维加强金属基复合材料热机械疲劳模型的研究进展

纤维增强金属基复合材料的热机械疲劳(thermomechanical fatigue 简称TMF)特性的研究在近年受到高度重视.本文根据国内外近期进行的理论研究以及获得的主要成果作一概要介绍.对于热机械循环特性,主要介绍基于细观力学方法的轴向性质模型,以及基于断裂与损伤理论的横向性质模型.对于热机械疲劳性能研究,结合横向性质导出两种热机械疲劳模型,然后分析基体的细观结构对疲劳寿命的影响.      

退火态与冷拔态0.45％C钢表层的循环硬化与软化的X射线研究

本研究发现,即使在横截面各处载荷条件完全相同的拉—拉疲劳试验中,金属表层疲劳损伤沿试样厚度方向的分布也是不均匀的,是由外向里逐渐发展的。正是由于这个原因,表面强化对于改善疲劳性能具有特殊的意义。     

铜三晶体弹性应力场和主滑移系分解切应力的有限元分析

用三维各向异性有限元法,对铜三晶体在拉伸载荷作用下的弹性应力集中特性和各组元晶体主滑移系上的切应力变化进行了计算分析,得到了交为一致的结果;为进一步分析三晶体的循环塑性变形提供了依据。     

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。     

材料界面在疲劳断裂过程中作用的基础性研究(1994～1996年工作总结)

材料界面在疲劳断裂过程中作用的基础性研究（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题１疲劳损伤与裂纹萌生的晶体学关系①用熔体生长法和形变退火法制备了多种取向的Ａｌ、Ｃｕ和ＣｕＺｎ合金单晶体，进行...     

电子封装元件的高阶层离散均匀化分析

将均匀化理论应用于具有非完全(单层内)周期性微结构的倒装焊底充胶电子封装元件,建立了高阶逐层离散层板模型,用解析法分析热载荷下结构的温度应力. 计算结果与有限元解的比较表明,该分析模型和方法是有效的,而且比较简便. 算例分析结果显示,胶层厚度、焊点密度、胶与焊点材料的模量比和体积比,对于焊点温度应力有明显影响.