再结晶退火对ECAP变形5083铝合金力学性能的影响

为改善5083铝合金的力学性能,先后对其进行一道次等通道转角挤压处理及再结晶退火处理,再进行拉伸实验,分析变形温度、变形速率对合金伸长率和抗拉强度的影响,并观察合金的断口形貌.结果表明,在拉伸温度为100℃,应变速率为6.67×10-4 s-1时,合金的抗拉强度最高,达到319.7 MPa;当拉伸温度为300℃,应变速率为1.67×10-4 s-1时,合金的伸长率最大,达到75.8％.在拉伸变形过程中,合金出现应变硬化和应变软化现象,并且伴随有锯齿形流变现象.拉伸试样的断裂形式宏观表现为韧性断裂,微观形式为穿晶断裂,断口形貌由韧窝组成.随着变形温度的升高,韧窝的数量增多,尺寸变大,分布变均匀.     

铁素体和珠光体含量影响变形过程的原位研究

在扫描电镜下原位观察了两种钢的拉伸变形过程,两种钢分别为以铁素体为主、含少量珠光体的纯净高强钢和以珠光体为主、含少量先共析铁素体的车轮钢.纯净钢拉伸时,不论试样厚度满足平面应变与否,均以铁素体的滑移变形为主,并最终导致韧性开裂,裂纹连续扩展,少量的珠光体对整个变形断裂过程几乎没有影响;断口呈现韧窝状.对于车轮钢,当试样厚度很薄不满足平面应变条件时,尽管先共析铁素体很少,拉伸时,仍以先共析铁素体的变形为先导过程,并在先共析铁素体与珠光体的界面处优先开裂,成为不连续微裂纹,断口呈现韧窝和准解理两种混合特征;当试样厚度满足平面应变条件时,则以珠光体中渗碳体片层的脆性开裂为主,断口呈现准解理特征.     

选区激光熔化成型TC4钛合金的拉伸性能

为实现选区激光熔化成型的TC4钛合金在军用航空上的应用,减小选区激光熔化成型的TC4钛合金垂直沉积方向(XY方向)与平行沉积方向(Z方向)的拉伸性能差异,在室温状态下对选区激光熔化成型的TC4钛合金进行准静态拉伸试验,结果表明选区激光熔化的TC4钛合金两种方向取样的拉伸性能都达到了中国与美国AMS宇航钛合金标准。TC4钛合金沿XY向取样合金的抗拉强度与屈服强度要略高于沿Z方向取样,断后伸长率与断面收缩率略小于沿Z方向取样。合金断口为韧窝特征形貌,与XY方向取样相比,Z方向取样断口剪切唇区域尺寸分布比例略小,纤维区差异不大。     

TC6钛合金力学行为及其失效研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统和100 KN微机控制电子万能试验机系统,对等轴晶粒组织的TC6钛合金圆柱形及帽形试样进行了力学试验,研究了其力学行为及其失效机理.结果表明:等轴晶粒组织TC6钛合金在准静态下变形时呈现应变强化效应,而在高应变速率下变形时,热软化与应变强化共存,流变应力呈现振荡,且表现出较强的应变率效应;TC6钛合金的动态变形表现为局域化变形,且在局域化变形区域出现裂纹,裂纹在此区域扩展贯穿整个试样,最终导致失效,而准静态下材料的变形表现为均匀化变形,当应变达到0.4时,材料沿最大剪切应力方向断裂失效.     

超高强度钢30CrMnSiNi2A动态力学性能实验研究

运用SHPB实验研究超高强度钢30CrMnSiNi2A在应变率500~5 000 s-1时的应力应变关系,并对典型试样进行了金相观察.实验得到30CrMnSiNi2A钢的屈服强度随着应变率的增加从1 655 MPa增加到1 908 MPa.基于试样金相和断口分析,30CrMnSiNi2A钢在高应变率冲击加载条件下产生了韧窝型沿晶断裂,导致材料宏观上表现为剪切破坏.结合准静态实验数据,确定了30CrMnSiNi2A钢的Johnson-Cook本构模型的材料参数.     

不同损伤模型的TC4钛合金高温损伤数值仿真及裂纹预测

对TC4钛合金进行温度800～1 000℃、应变速率0.01～5 s^-1条件下热拉伸试验。基于Normalized Cockcroft&Latham、Oyane和Rice&Tracey 3种损伤模型,引入了Zener-Hollomon参数,通过遗传算法识别临界损伤值,建立TC4钛合金高温损伤模型。将这3种高温损伤模型集成到Forge^?软件中,分别对拉伸试验进行仿真计算,比较拉伸试样仿真与试验的断裂长度与断口形貌。结果表明：基于Normalized Cockcroft&Latham高温损伤模型的相关系数R值最大,为0.997。模拟与试验断裂长度具有良好的相关性,且模拟断口与试验断口的形状、颈缩程度吻合度最好,表明该高温损伤模型最适用于预测TC4钛合金的损伤行为。     

应变速度对8090Al—Li合金拉伸性能的影响

用动态拉伸的方法研究了应变速率对８０９０Ａｌ－Ｌｉ合金拉伸性能的影响,应变速率的范围为１０＾－３－１０＾３Ｓ＾－１。结果表明,合金的强度和塑性随应变率的增加而增加。试样的ＳＥＭ和ＴＥＭ分析发现：准静态下的断裂为沿晶断裂;随着应变率的增加,断裂从穿晶准解理断裂过渡到由显微空穴聚集而成的韧窝断裂。高应变率下８０９０Ａｌ－Ｌｉ合金强度和塑性的提高与其变形机制的晶界无沉淀区的变化有关。     

应变速率对8090Al-Li合金拉伸性能的影响

用动态拉伸的方法研究了应变速率对 80 90 Al— L i合金拉伸性能的影响 ,应变速率的范围为 10 - 3～ 10 3s- 1。结果表明 ,合金的强度和塑性随应变率的增加而增加。试样的 SEM和 TEM分析发现 :准静态下的断裂为沿晶断裂 ;随着应变率的增加 ,断裂从穿晶准解理断裂过渡到由显微空穴聚集而成的韧窝断裂。高应变率下80 90 Al- L i合金强度和塑性的提高与其变形机制和晶界无沉淀区 (PFZ)的变化有关     

第三代汽车钢的热塑性及断裂机理

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对第三代汽车钢(TG钢)在不同的变形温度下进行了热拉伸试验,研究其热塑性的变化运用光学显微镜和扫描电镜分析了实验钢热变形的断口形貌及断裂机理.发现实验钢的强度随温度的升高而降低,热塑性曲线分为第Ⅰ脆性区、高温塑性区和第Ⅲ脆性区三个区域,其中第Ⅲ脆性区存在两个塑性极小值.在1300～800℃时实验钢的组织为奥氏体,断裂方式为连孔延性断裂,动态再结晶使韧窝分离前发生了较大的塑性变形,断口为大而深的韧窝;750℃时实验钢沿奥氏体晶界析出铁素体,断裂方式为界面断裂,断口既存在着铁素体内聚失效形成的小的孔洞,也存在由于裂纹沿奥氏体晶界扩展形成的石块状形貌;650℃由于出现了铁素体的准解理,实验钢的塑性下降,热塑性曲线再次出现极小值.     

聚丙烯拉伸性能测试及再屈服行为

为明确热塑性塑料塑性变形阶段加载-卸载-再加载的力学行为,采用注塑成型方法制备了哑铃型聚丙烯试样,进行了单轴拉伸实验。实验结果表明：所制备的试样具有良好的性能稳定性,试验结果重现性好,应力-应变曲线符合部分结晶热塑性塑料的一般行为。通过不同应变速率测试结合断口形貌扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观察,表明应变速率超过50 mm/min时,试样由韧性断裂转变为脆性断裂,断口形貌由穿晶断裂形貌转变为河流花样形貌。聚丙烯的加载-卸载-再加载测试表明,在低应变速率情况下,塑料在再加载之后的应力-应变曲线存在明显的再屈服行为,与金属的包辛格效应存在明显不同。加载-卸载-再加载的应力-应变曲线会出现第二个屈服点,其屈服应力低于第一屈服应力,并且其数值与卸载点应变无关。研究结果为热塑性塑料塑性阶段的加工和使用提供理论支持。     

新型TB9钛合金屈服强度的应变率效应

TB9钛合金具有良好的力学性能,被广泛应用于航空航天领域,其材料强度随服役过程中应力作用的加载速率变化而发生改变。本文采用三次真空自耗熔炼工艺制备TB9钛合金材料,并对其开展了室温拉伸和压缩试验,研究了该材料在应变率0.0005-0.1 s-1范围内的力学性能及其变形行为,讨论了应变率对该材料压缩和拉伸屈服强度的影响。结果表明：应变率由0.0005 s-1升高至0.1 s-1时,TB9钛合金材料的平均压缩屈服强度由955.96 MPa升高至1 090.94 MPa,平均拉伸屈服强度由971.01 MPa升高至1 096.31 MPa,压缩屈服强度应变率敏感系数为0.02273,拉伸屈服强度应变率敏感系数为0.02110;随着应变率的增大,TB9钛合金拉伸试件断面韧窝尺寸及深度均会变小,这是由于应变率大时,瞬间局部能量增加,裂纹萌生和扩展速度加快所致。此外,本文采用线性函数拟合了TB9钛合金材料室温下屈服强度增强因子与自然对数应变率之间的关系,可用于预测TB9钛合金在工程应用中的力学行为。     

TC4热氧化钛合金内空半球壳体的动态响应

利用有限元程序对TC4(Ti-6Al-4V)热氧化钛合金内空半球壳体进行子弹冲击模拟,基于准静态压缩实验和动态Hopkinson压杆实验数据,研究了径厚比、冲击速度、应变率效应对TC4热氧化钛合金内空半球壳体动态响应的影响,得到了不同工况下的TC4热氧化钛合金内空半球壳体的接触力峰值以及顶点位移.TC4热氧化钛合金的材料模型由实验数据拟合得到的考虑应变率效应和温度效应的Johnson-Cook本构方程描述,其中,实验数据由Hopkinson压杆技术测得.结果表明:接触力峰值和顶点位移均与径厚比成反比;接触力峰值和顶点位移均与冲击速度成正比;考虑应变率效应更能反映TC4热氧化钛合金内空半球壳体的抗冲击能力和抗变形能力.     

热处理对含Y元素AZ31镁合金板材组织和性能的影响

对含Y元素AZ31镁合金板材进行退火处理后的组织和性能进行了研究.结果表明:随着退火温度的升高,镁合金晶粒尺寸逐渐增大,力学性能略有提高然后降低;退火时间对镁合金晶粒尺寸影响不大;在300℃下退火1 h后板材性能达到最佳,抗拉强度为255 MPa,屈服强度为170 MPa,延伸率为24%;经过热处理后镁合金断裂方式为准解理断裂和韧性断裂的复合形式.     

深井含硫工况C110套管环境开裂及表面防护技术

深井地质复杂、井眼轨迹变化大且面临高温高压含硫等苛刻工况,套管面临磨损、腐蚀损伤、断裂失效等各类风险,针对套管C110服役于含硫腐蚀环境且承受高水平拉应力时频繁发生环境敏感断裂的问题,采用慢应变速率拉伸实验（SSRT）法,研究了表面电镀Ni-W合金的套管C110在某气田模拟地层水中的环境开裂行为,分析研究表面电镀Ni-W合金对套管C110抵抗环境敏感开裂的防护效果。结果表明,套管C110在该模拟地层水中环境开裂敏感性较高,即使腐蚀速率较低仍存在环境开裂风险,且在慢应变速率拉应力作用下呈现典型脆性断裂特征;表面电镀Ni-W合金后套管C110的抗拉强度和屈服强度分别提高2.3%和6.3%;当表面电镀Ni-W合金并经过热处理后,套管C110在模拟地层水中的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率和应变能均明显提高、环境开裂敏感性降低,断裂方式转变为韧-脆混合型断裂,说明在套管C110表面电镀Ni-W合金并进行热处理的方式,能够有效抑制套管C110发生腐蚀、开裂及破坏的风险,显著提升其抵抗环境开裂的能力及其在深井复杂含硫工况中的适用性。     

激光立体成形TC4钛合金动态剪切特性研究

采用微型霍普金森压杆装置和双剪切试样对激光立体成形TC4钛合金的高应变率动态剪切特性进行了研究.通过数值模拟方法从应力、应变均匀性和应力三轴度方面对双剪切试样的缺口形状、剪切区宽度和长度进行优化设计.采用实验方法,分析了不同取向的激光立体成形沉积态TC4钛合金的高应变率（10⁴ s^-1量级）剪切性能.结果表明,动态剪切力学性能并没有明显的各向异性,流动应力随应变率的增大而增加,二者大致呈线性关系.     

挤压比对AZ31B镁合金组织和室温力学性能的影响

研究了不同挤压比对AZ31B镁合金显微组织?力学性能的影响?采用光学显微镜观察了挤压棒材显微组织,通过材料万能试验测试了拉伸和压缩性能,并配合扫描电镜观察了拉伸试样的断口处显微组织和形貌?结果表明,随着挤压比的增加,组织由部分动态再结晶向完全动态再结晶过渡;合金拉伸断口由混合断裂转变为明显韧性断裂,压缩断口由解理断裂转变为准解理断裂?大挤压比可以获得良好的综合性能和细致均匀的组织,抗拉强度为310MPa,屈服强度为200MPa,延伸率为14%,并且拉伸压缩不对称性得到缓解,有利于镁合金的二次塑性加工?     

关于韧性断裂的颈缩区模型

报告了对计算韧性断裂传播阻力的颈缩区模型的进一步研究。对冲击加载下拉伸撕裂双悬臂梁试件断面的精密测量,再次证实颈缩区模型反映了韧性断裂传播过程的主要特征。与静载撕裂相比,动载撕裂时颈缩区宽度减小而区内平均应变增大,但颈缩区宽度系数k1和应变系数k2的乘积nk则几乎与试件韧带厚度和加载速度无关,可看作韧性断裂传播阻力的材料常数。动载时阻力增大的主要原因是材料的应变率强化。颈缩区模型不仅提供了计算结构撞击破坏时韧性断裂所耗散能量的工程方法,也提供了用静载撕裂试验和动态拉伸试验确定动载下韧性断裂传播阻力的方法。