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摘要本文研究了通过动态塑性变形(DPD)方法制备的纳米孪晶316L奥氏体不锈钢断裂韧性的尺寸效应，通过微型紧凑拉伸试样和参照ASTM标准E1820规定的分析方法确定了不同厚度样品的弹塑性断裂韧性J积分，断裂过程中的实时裂纹长度由精密自制非接触式视频裂纹规和卸载柔度法确定。探讨了样品临界J积分(JQ)和撕裂模量随厚度的变化趋势，并观察了断口形貌以测量实际初始裂纹和最终裂纹长度，揭示断裂的微观机制。23548
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关键词 纳米结构材料，断裂韧性，卸载柔度法，厚度效应，J积分
毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要
Title Effect of sample thickness on the fracture toughness of 316L stainless steel with nanotwins
Abstract
The thickness effect of fracture toughness was investigated in 316L austenitic stainless steel with nanoscale twins generated by dynamic plastic deformation (DPD). The elastic-plastic fracture toughness J-integral was determined by using miniaturized compact tension specimens following the procedures in ASTM E1820. Instaneous crack length during fracture testing was measured by unloading compliance procedure in which the load-line displacement was accurately measured by a custom-designed contactless video gauge. Both the critical J-integral and the tearing modulus T were determined as function of specimen thickness. Fracture surfaces were also observed to measure the original and final physical crack lengths and to reveal possible fracture mechanism.
Keywords Nanostructured material, Fracture toughness, Unloading compliance procedure, Thickness effect, J-integral
目 次
1 引言 1
1.1 断裂韧性研究的重要性 1
1.2 纳米结构材料断裂韧性的研究情况 1
1.3 断裂韧性的尺寸效应 2
1.4 三文块体纳米金属材料的制备方法 3
1.5 本论文的研究目的和内容 5
2 样品制备与实验过程 7
2.1 实验材料和样品的制备 7
2.2 样品的结构表征 7
2.3 样品断裂韧性测试 8
3 断裂韧性测试原理与计算 13
4 实验结果分析 16
4.1 样品结构形貌分析 16
4.2 紧凑拉伸实验结果 17
总结 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
1.1 断裂韧性研究的重要性
断裂韧性是指导材料设计与选择的一个重要参数，反映了材料阻碍宏观裂纹扩展的能力，是材料强度和塑性的综合表现。一般情况下，常用的强化方式（如细晶强化、固溶强化、应变强化等）在增加材料强度的同时都会削弱自身的塑性变形能力，从而降低了裂纹尖端应力集中时局部钝化产生塑性区的能力，影响材料整体的断裂行为。特别是在高强度的材料里，局部的应力集中远高于宏观应力，导致材料远低于屈服强度的时候就发生断裂事故，所以断裂韧性的研究对于高强度工程材料尤为重要。
1.2 纳米结构材料断裂韧性的研究情况
相比于陶瓷，高分子材料，金属材料拥有最高的断裂韧性，但是金属材料的断裂韧性与屈服强度往往成倒置关系[1]，也就是强度高的材料断裂韧性低，材料易脆断；而断裂韧性高的材料强度较低，材料的承载能力不够。所以，传统的金属材料强化方法（向材料中引入各种缺陷：晶界、位错、点缺陷以及增强相）都在不同程度上降低了材料的延展性以及断裂韧性。怎样同时增强材料的断裂韧性和强度成为材料科学家们重点关心的问题。