裂紋失效問題廣泛存在于工程實際中,是結(jié)構(gòu)發(fā)生功能退化和安全事故的主要因素之一,給人們的人身和財產(chǎn)安全帶來巨大隱患。要改進相應(yīng)的損傷容限性能,一方面是要對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行不斷優(yōu)化,另一方面則需要從底層了解材料的微觀損傷機理,尤其是要能夠在不同長度尺度上詳細地理解裂紋尖端與微觀結(jié)構(gòu)的交互作用機制。而這就不僅要求人們對材料尤其是新興工程材料的抗裂紋擴展能力進行客觀的度量和評估,為結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供參考依據(jù),還應(yīng)在微觀尺度上對裂紋尖端微觀組織結(jié)構(gòu)的損傷演化規(guī)律進行深入的探究和認識,揭示其內(nèi)在的同時具有力學(xué)與材料學(xué)含義的損傷機理。然而,要嘗試并完成這種更本征的、交叉的、多尺度的研究,于傳統(tǒng)研究思路和方法而言,仍存在著巨大的挑戰(zhàn)�；谝陨舷敕�,本文以一種新興的工程合金材料高熵合金為研究對象,開展了一系列旨在嘗試探索一類延性合金材料裂紋失效機理,揭示有關(guān)抗裂紋擴展機制的科學(xué)研究。通過多種原位的、多尺度的實驗表征手段,獲取了大量對應(yīng)于不同載荷條件與服役環(huán)境的裂紋尖端與材料微觀組織結(jié)構(gòu)的交互作用形式,并從力學(xué)角度和材料微觀變形機制角度深入探究了裂紋尖端微結(jié)構(gòu)的損傷演化規(guī)律。進而揭示和提煉出多種該類合金的抗裂... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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機械失效的三種主要失效模式：(a)磨損失效；(b)腐蝕失效；(c)裂紋失效

高熵合金裂紋尖端微結(jié)構(gòu)損傷演化機理與斷裂抗力研究2構(gòu)，采用全焊接船體。它的使用在初期取得了巨大成功，直到1943年，一艘航行于西伯利亞和阿拉斯加之間的自由艦發(fā)生事故，船體斷裂成兩半。隨后，其它自由艦上相繼發(fā)生了斷裂事故。據(jù)統(tǒng)計在大約2700艘自由艦船中，近400艘遭受了斷裂事故，其中90艘被認為是嚴(yán)重的，20艘被直接棄用。事故是由于設(shè)計、工藝、材料等方面原因，導(dǎo)致船體多處出現(xiàn)裂紋斷裂失效行為。如圖1.2(a)所示。2)彗星號飛機是英國德·哈維蘭飛機公司設(shè)計的第一架噴氣式民用客機。然而在1953年5月、1954年1月、1954年4月先后發(fā)生了三次飛機失事事故，釀成了20世紀(jì)50年代最慘痛的航空悲劇。其事故原因在于飛機執(zhí)行高空飛行任務(wù)過程中，座艙在起飛和降落時分別受到增壓和減壓的作用，這種疲勞循環(huán)使得機身出現(xiàn)了疲勞裂紋缺陷，而裂紋的擴展導(dǎo)致了最終的事故。如圖1.2(b)所示。3)德國城際特快列車(簡稱ICE)事故被媒體稱為“德國的泰坦尼克號事件”。1998年6月3日，編號為884號的ICE列車在從慕尼黑開往漢堡的涂中發(fā)生出軌事故。事故的原因是車輪鋼圈發(fā)生疲勞斷裂而脫落，脫落的鋼圈部分插入車廂，部分懸掛在列車車底。當(dāng)列車行駛至變軌岔道時，防護軌被懸掛在車底的一小段鋼條挑起，導(dǎo)致后面的列車偏離了正軌，釀成了列車出軌的悲劇。如圖1.2(c)所示。4)哥倫比亞號是美國第一架正式服役的太空穿梭機。2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在從太空返回地面時發(fā)生事故而被摧毀。事故的直接原因是發(fā)射期間外部油箱的泡沫絕緣材料撞擊到了飛船的左翼，使機翼下側(cè)的隔熱瓦片受到損傷而產(chǎn)生了裂紋，使得返回時軌道飛行器的再入溫度可達到3000°F，導(dǎo)致了最終的事故。如圖1.2(d)所示。圖1.2工業(yè)發(fā)展歷史上幾起與裂紋失效問題有關(guān)的重大事故的

獾靡?種Al23Co15Cr23Cu8Fe15Ni15高熵合金的斷裂韌性僅約為5.8MPam。此外，還有研究工作者開展了通過使用納米或微米壓痕對高熵合金進行斷裂韌性測量的工作[52,53]，間接實現(xiàn)了對高熵合金斷裂韌性的定性度量�；谝陨涎芯抗ぷ�，可以得到以下主要規(guī)律性結(jié)果：1、相比于現(xiàn)有的大部分其它金屬體系的材料，以CoCrFeNiMn為代表的FCC結(jié)構(gòu)高熵合金具有十分優(yōu)秀的斷裂韌性；2、FCC結(jié)構(gòu)的高熵合金相比BCC或BCC+FCC結(jié)構(gòu)高熵合金具有明顯更高的斷裂韌性；3、CoCrFeNiMn高熵合金在低溫下（77K）可保持優(yōu)秀的抗斷裂能力。圖1.3顯示斷裂韌性與屈服強度關(guān)系的Ashby圖，該圖總結(jié)的數(shù)據(jù)覆蓋了大部分材料體系，包括純金屬、金屬合金、結(jié)構(gòu)陶瓷、金屬玻璃等。[29]在CoCrFeNiMn高熵合金優(yōu)秀斷裂韌性的機理研究方面，一些工作取得了有意義的結(jié)果。在Gludovatz等[29]的試驗工作中，將試驗后的CT試樣（293K與77K）沿厚度方向中線位置切開，經(jīng)過拋光處理，對內(nèi)部（平面應(yīng)變狀態(tài)）微觀組織的

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3090792