鋁硅（Al-Si）系合金具有輕巧的重量，出色的可鑄造性，高導熱率以及低熱膨脹系數等一些列理想的工程性能，因此被廣泛的應用在汽車零部件中。消失模鑄造（LFC）工藝相較于重力壓鑄（DC），具有可優化鑄造形狀以及低成本等優點，被廣泛的應用在汽車發動機汽缸蓋的鑄造過程中。然而由于其較低的冷卻速度所造成的相對粗糙的微觀結構及較大的缺陷影響著鑄件的性能，因此研究其微觀結構與合金斷裂機制的關系顯得尤其重要。X射線斷層掃描技術（X-ray tomography）可以在合金拉伸過程中原位觀測其三維裂紋的萌生，生長及擴展；原位掃描的三維圖像配合三維的數字圖相關技術（digital volume correlation）可以用來評估加載試樣中裂紋尖端附近的3D位移場，從而定量表征合金中二次相斷裂的應變閾值，該結果可以用于輔助建立預測整體構件疲勞壽命的模型。

來自法國里爾大學及里爾中央理工的研究人員通過X射線斷層掃描技術原位觀察了脫模鑄造A319合金在拉伸加載過程中裂紋的萌生，擴展；實驗表明裂紋主要在較大的氣孔/縮孔周圍萌生，然后傾向于沿著二次相（如共晶硅相，Al2Cu相以及富鐵相等）擴展。通過三維的數字圖相關技術（DVC）計算出拉伸過程中不同階段裂紋附近的位移場，從而可以定量的表征出二次相斷裂時的應變值。相關論文以題為“In-situ 3D characterization of tensile damage mechanisms in A319 aluminium alloy using X-ray tomography and digital volume correlation”近日發表在Materials Science and Engineering: A上。

研究中使用的是一臺實驗室高分辨X射線斷層掃描儀，配套一臺拉伸加載裝置，最小分辨率設定為2微米，拉伸樣品在加載之前先進行一次三位成像掃描，以此作為參考，然后進行拉伸加載實驗，在略高于其樣品屈服力附近多次暫停拉伸，同時進行三位圖像掃描收集，直至其拉伸最終斷裂，然后對不同拉伸階段過程中收集的三維圖像進行氣孔，二次相以及裂紋的分割，可以觀察到裂紋從最初的萌生到生長及擴展的演化規律，另外，由圖像相關技術計算出的應變場也可以統計出Al2Cu相以及富鐵相的平均最小斷裂應變閾值。本論文表明對于A319合金的拉伸斷裂過程，富鐵相較于Al2Cu相更容易斷裂，其中富鐵相斷裂的平均局部等效塑性應變是1.7 ± 0.8%， 而Al2Cu相是2.2 ± 0.9%。（文：leo）

Figure 1： 三維X射線斷層掃描原位拉伸裝置平臺。

Figure 2： 三維拉伸試樣斷裂面上氣孔及最終形成的裂紋（黑色）形貌（紫色為樣品斷裂面，氣孔上疊加的是樣品在整體斷裂前的應變場）。

Figure 3： 圖一中裂紋2（黑色）在不同拉伸階段的三維形貌，以及其附近疊加了應變場的三維 Al2Cu相。

Figure 4： （a, b） 8個選擇的Al2Cu顆粒在斷裂前的等效塑性應變及正應變演化曲線； （c, d） 14個選擇的富鐵相顆粒在斷裂前的等效塑性應變及正應變演化曲線。

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