亞穩(wěn)β鈦合金的晶界裂紋擴(kuò)展行為

長途貨運(yùn)工具的結(jié)構(gòu)輕量化是降低油耗的需要，輕量化的潛在材料包括Al-Li、高強(qiáng)度亞穩(wěn)β鈦合金等。由于亞穩(wěn)β鈦合金在常溫下有韌性斷裂傾向，其在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用受到限制。將導(dǎo)致亞穩(wěn)β鈦合金晶界韌性斷裂的因素量化，進(jìn)而降低其使用時的失效風(fēng)險是十分必要的。目前，對亞穩(wěn)β鈦合金的晶界韌性斷裂問題已進(jìn)行了定性研究，但在定量分析方面還沒有成功的報道。

美國北德克薩斯大學(xué)OsovskiS等人研究了室溫下斷裂機(jī)制為晶界韌性斷裂時，顯微組織和材料性能對裂紋擴(kuò)展抗力的影響。使用早期布朗大學(xué)Gurson博士對漸近空化塑性硬粒系統(tǒng)提出的本構(gòu)關(guān)系作為定量研究模型，將基體材料看成一個各向同性的粘塑性固體，孔洞用空隙體積分?jǐn)?shù)表示，以晶粒的大小和晶界α層的厚度來表示裂紋擴(kuò)展的長度，以裂紋尖端的J積分值和撕裂模量值定量表示晶粒屈服強(qiáng)度、平均晶粒尺寸、晶粒形貌以及α層的連續(xù)性對裂紋擴(kuò)展抗力的影響。

研究人員對局限于晶界層的二維多晶材料(認(rèn)為在整個厚度上晶粒形貌不變)，在模式Ⅰ平面應(yīng)變下對小尺度的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了模擬和分析，計算了斷面的高度波動和裂紋擴(kuò)展方向上斷面粗糙程度的赫斯特(Hurst)指數(shù)，獲得了晶粒屈服強(qiáng)度、平均晶粒尺寸、晶粒形貌以及晶界連續(xù)性對裂紋擴(kuò)展抗力、斷裂時的塑性消耗以及斷面粗糙度的影響。