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断裂韧性是许多工程应用中的关键材料特性。通过进行小规模断裂实验,您可以测量特定微观结构特征对材料整体抗裂性的单独贡献。这通常是通过对经过精心准备的凹槽悬臂梁施加压力来完成的,这些悬臂梁是使用光刻或聚焦离子束 (FIB) 精心准备的。通过连续刚度测量或原位 SEM(扫描电子显微镜)观察,可以在测试过程中直接监测裂纹扩展情况。这为了解特定微观结构特征中的断裂机制提供了宝贵的见解。
对于脆性断裂,断裂韧性K1C通过在最大载荷下的应力强度因子K确定。为防止过早失效并确保测量可靠性,必须采用位移控制以避免在初始屈服事件中发生过载。此方法可降低试样在裂纹不稳定时发生灾难性失效的风险——这是力控制系统中常见的复杂问题。
对于更坚韧的材料,需要弹塑性断裂力学。在这种情况下,J-Integral 作为关键的断裂参数,有助于评估裂纹扩展阻力曲线(J-R 曲线)和弹塑性断裂韧性(J1C)。在此应用实例中,使用连续刚度测量 (CSM) 进行微悬臂弯曲测试,通过周期性卸载段同时监测裂纹长度演变并测量连续J-Integral。通常,K1C、J1C 值越高或J-R 曲线越陡,表明材料的断裂抗力越强。
在钢铁生产中,添加硅(Si)、铝(Al)、钙(Ca)和锰(Mn)等元素是常见的工艺,旨在防止气泡形成。然而,在冷却过程中,多种非金属夹杂物(NMIs)会形成并影响合金的性能。尽管这些氧化物夹杂物通常具有负面影响,但“夹杂物工程”旨在将它们不可避免的存在转化为优势。
在这个应用实例中,通过原位 SEM 微悬臂弯曲测试测量了铁(Fe)与硅杂质之间的界面强度。结果表明,硅杂质的存在不会影响铁基合金在室温下的机械性能。
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