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北航一作 & 哈工大通訊:金屬疲勞裂紋研究獲突破

來源:凱爾測控試驗系統(天津)有限公司   2025年08月04日 15:44  

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部分內容解讀


01

上圖展示原始Zircaloy-4板材的細晶分布(SEM)、試樣切割示意圖及極圖分析,證實樣品具有強烈的基面織構,c軸沿Z向(板法向)排列,為后續Y型(c軸//Y向)和Z型(c軸//Z向)樣品分組提供微觀結構基礎。

02

聚焦裂紋在三重交界處(Grain A1/A2/A3)的偏折行為,SEM與EBSD聯合揭示孿晶(長約5–8 μm)和棱柱面滑移跡線在受阻裂紋的共存現象,86°取向差證實其為拉伸型孿晶,應力集中是孿生主因。

03

裂紋穿越Grain A2/A3/A5的路徑分析,左側晶體繞c軸旋轉10°(滑移主導),右側孿晶區無顯著旋轉,表明裂紋兩側分別由滑移和孿生實現塑性協調,DIC應變場證實不對稱變形。

04

TEM與EBSD聯合表征裂紋孿晶變體(Twin A1/A2),SAED衍射與高分辨圖像明確孿生面為(1012),86°取向差及不同剪切方向證實其為同類型孿晶的不同變體。(上圖展現EBSD部分)

05

Z型樣品(Sample B)經4000次循環后的裂紋路徑與孿晶分布,EBSD檢出長度>50 μm的孿晶(B1/B2/B3),86°取向差再證拉伸孿晶,為后續退孿生現象提供對比基準。

06

Sample B''的微機械場演化,DIC測得裂紋塑性應變(xx/yy)呈"翼狀"分布(圖12c–f),結合EBSD彈性應變反演的應力(yy)場(圖12i)顯示拉-壓應力共存,解釋退孿生的局部應力驅動機制。

07

退孿生機理圖解,高分辨EBSD揭示孿晶B1附近應力(xx/xy/yy)的強梯度分布(圖13),位錯塞積(棱柱面滑移跡受阻于孿晶B1'邊界)導致應力重分布(圖14d),孿生解析剪切應力(Twin-RSS)差異驅動孿晶界反向遷移引發退孿生。

08


Z型樣品(B/B'/B'')裂紋擴展速率對比,孿生/退孿生起始點(虛線標注)對應da/dN驟升,證實退孿生進一步加速裂紋擴展,且Z型樣品孿生觸發更早(ΔK=15–17 MPa√m)。

09

Y型與Z型樣品裂紋孿生RSS空間分布對比,Z型樣品(Grain B'2)所有孿生變體的RSS值更高(>300 MPa區域更廣),晶體學取向差異直接解釋Z型樣品更易孿生。

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