高锰钢形变过程中加工硬化机理的研究

采用Gleeble-3500试验机对ZGMn13Cr2高锰钢进行0.1s-1应变速率下的室温压缩实验,应变量分别为5%,30%和50%.利用金相显微镜、维氏显微硬度机、XRD和TEM等方法,研究了压缩变形量对ZGMn13Cr2显微组织衍变及加工硬化机制的影响.结果表明:高锰钢压缩变形后晶粒内出现大量变形带,变形带相互交叉、缠结、割截.压缩变形量为5%时,高密度位错相互缠结呈位错胞或者位错墙,压缩变形量为30%时,基体内出现形变孪晶,随着变形量的进一步增大,孪晶的密度和体积分数增大,水韧态高锰钢在压缩变形量为50%的条件下,其显微硬度与初始态相比提高了125%,达到HV560.8.XRD结果显示,压缩变形后基体组织为奥氏体和少量的碳化物,未发现相变诱发马氏体组织.随着变形量的增大,高锰钢加工硬化机理由位错强化机制向形变孪晶强化为主、位错+少量层错强化机制为辅的机制转变.     

高能喷丸0Cr18Ni9Ti不锈钢自纳米化机理

为在OCr18Ni9Ti不锈钢棒材端面制备出纳米晶,采用高能喷丸(HESP)对不锈钢棒材的端面进行表面自纳米化处理.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪对喷丸端塑性变形层不同深度的组织进行表征,并对OCrl8Ni9Ti不锈钢在高能喷丸过程中的晶粒细化机理进行讨论.结果表明:在喷丸端大约70 μm深度内形成纳米组织,其中喷丸表面的晶粒尺寸达到52 nm左右.晶粒细化机理为:在小应变作用下主要是孪生变形把粗大晶粒细化成孪晶薄片,在大应变作用下,孪晶交叉把孪晶片细化成纳米晶粒,同时在孪晶交叉处产生应变诱导马氏体相变.     

含亚稳奥氏体铬锰氮不锈钢的拉伸变形特性研究

研究了一种含亚稳奥氏体铬锰氮不锈钢在拉伸变形过程中的力学特性与组织变化，并对其加工硬化机制进行了讨论。结果表明，0Cr13Mn9N钢的s-e曲线在塑性变形区可分为3个阶段，初期和后期与一般不锈钢的基本相似，中期则具有d^2s/de^2〉0这种与通常情况不同的走向；应变诱发马氏体转变对外加变形能量的吸收或弛豫，使其在变形的不同阶段具有差异显著的加工硬化特性；该钢的加工硬化机制包括：初始马氏体在变形过程中的加工硬化，变形过程中产生的应变诱发马氏体相变和诱发马氏体本身在后续变形过程中的加工硬化，未转变奥氏体的加工硬化及其内部N（C）原子与运动位错相互作用产生的动态应变时效所引起的加工硬化。     

0Cr18Ni9奥氏体不锈钢在低浓度氯化钠溶液中的裸金属钝化特性

设计了研究0Cr18Ni9奥氏体不锈钢裸金属钝化率的试验.分析其钝化曲线,指出0Cr18Ni9奥氏体不锈钢在 1 000 mg/L NaCl溶液中的钝化曲线满足i(t)=i0e-β.t关系,并引用钝化时间的概念解释腐蚀疲劳da/dN～Δk曲线在较低频率下基本重合的现象.     

高锰无磁钢ZG25Mn18Cr4的加工硬化机理

在应力作用下快速加工硬化是高锰无磁钢ZG25Mn18Cr4的一个重要特征．通过X衍射和电子显微分析证明,变形前和变形后的基体组织都是奥氏体基体加上碳化物,变形前后的基体中均存在条纹状组织,且变形后基体中的条纹数量明显高于变形前基体中的条纹数量．电子衍射分析表明这些出现在粗大奥氏体晶粒内部的条纹组织是高密度层错．由塑性变形产生的大量层错分割了奥氏体基体,缩短了位错运动的自由程,导致了ZG25Mn18Cr4的迅速加工硬化．     

倾斜式剪切冷却制备1Cr18Ni9Ti不锈钢半固态材料

利用自制的实验装置对倾斜式剪切冷却技术制备1Cr18Ni9Ti不锈钢半固态合金进行了研究.倾斜式剪切冷却技术使熔融1Cr18Ni9Ti不锈钢合金在剪切冷却作用下形成组织优良的半固态材料;在冷却板的冷却作用与重力的剪切作用下1Cr18Ni9Ti不锈钢半固态合金逐渐由树枝晶演化为细小的球形晶;倾角、冷却板长度、冷却板表面性质对合金组织具有重要影响;在倾角为45°,冷却板长度为650mm,冷却板采用紫铜材质的条件下可制备出细小球形的1Cr18Ni9Ti不锈钢半固态材料.     

Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-C系TWIP钢加工硬化行为

研究了在不同应变量下Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-C系孪晶诱导塑性(TWIP)钢的力学性能以及微观组织,分析了TWIP效应在两种不同系列TWIP钢中发挥的作用,阐明了TWIP钢的强化机制.两种系列的TWIP钢都具有高加工硬化能力,但层错能较低的Fe-Mn-C系TWIP钢加工硬化能力更强.两种系列的TWIP钢加工硬化表现为多加工硬化指数行为,这是由多种强化机理在不同阶段起主导作用的结果.微观组织形态与加工硬化强度之间存在着较强的关联性.位错的增殖和形变孪晶的产生对两个系列TWIP钢硬化曲线形态有着明显的影响.在高应变阶段,Fe-Mn-C系TWIP钢大量的第一位向形变孪晶T1和第二位向形变孪晶T2,以及附着在孪晶界旁的高密度位错区域是造成其具有高加工硬化能力的原因,而Fe-Mn-Si-Al系TWIP钢细密的第一位向形变条纹和孪晶片层间的位错是其高加工硬化原因,且其微观组织更为均匀细致.     

形变温度对高锰TRIP/TWIP钢拉伸性能和组织的影响

研究合金成分为18Mn-0.15C-3Si-3Al的高锰TRIP/TWIP钢(18Mn钢)在-40～200℃范围内的拉伸变形行为,分析形变温度对其拉伸性能、相组成和显微组织的影响.采用EBSD取向成像分析方法着重研究了(111)取向的奥氏体晶粒在拉伸过程中的相组成变化.结果表明,随着形变温度的升高,18Mn钢的抗拉强度和延伸率大体上呈降低趋势,TRIP效应很快消失,形变孪晶和位错滑移取代马氏体相变成为主要的形变机制,即奥氏体晶粒内形变机制的变化为:α＇-M相变→ε-M相变→形变孪晶→位错滑移.18Mn钢中较硬的铁素体在形变过程中能提高材料的加工硬化率,但同时也会引起低温脆性.     

超声冲击法提高T型焊接管接头疲劳性能

为了提高T型管接头疲劳性能，提出采用超声冲击方法对具有相同级别的低碳钢和奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti钢管接头进行疲劳性能对比试验．结果表明：超声冲击处理低碳钢后疲劳强度提高67％左右，疲劳寿命延长了22～45倍；超声冲击处理奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti疲劳强度提高69％左右，疲劳寿命延长了21～30倍．在低应力比R（R≤0）条件下使用超声冲击处理技术能够大幅度改善管接头的疲劳性能．将超声冲击处理方法用于提高具有相同强度级别的不锈钢和普通碳素结构钢管接头疲劳性能的效果相差不大．超声冲击法对提高疲劳强度效果显著．     

等离子熔覆镍基合金的组织及其冲蚀磨损性能

为提高不锈钢材料的耐冲蚀磨损性能,以Ni46合金粉末为原料, 采用等离子熔覆工艺在不锈钢1Cr18Ni9Ti基材上制备镍基合金涂层,分析了熔覆层的显微组织以及物相形貌和相结构等,测定了涂层的显微硬度. 使用旋转圆盘实验机研究了Ni基等离子熔覆合金涂层在砂浆中的冲蚀行为. 结果表明: 材料的冲蚀磨损性能受到材料基本力学性能的限制,高硬度镍基涂层的抗冲蚀性能最好,在相同实验条件下其磨损率由小到大排列顺序为镍基涂层＞0Cr13Ni5Mo＞1Cr18Ni9Ti;镍合金层中奥氏体基体的固溶强化和硬质相有效抵御砂砾的冲击,是Ni基等离子熔覆合金层具有高抗冲蚀性能的主要原因.     

42CrMo钢激光冲击诱导残余应力的数值模拟

42Cr Mo钢具有较高的强度和韧性,被广泛应用于装备制造行业。本文以42Cr Mo钢为研究对象,在理论分析的基础上,运用ABAQUS数值模拟的方法,探讨了在相同激光能量(4J)和脉冲宽度(8ns)情况下,不同光斑直径(1mm、2mm、3mm、4mm)对激光冲击强化后残余应力分布的影响。结果表明:光斑直径越小,激光诱导冲击波的峰值压力越大,塑性强化层深度越深,表面的最大Von Mises应力值越大;光斑直径过大或者激光诱导冲击波的峰值压力过大,均会影响残余应力的分布;本文的数值模拟条件下,2mm直径的光斑,激光冲击效果最好,与理论分析结果一致。     

强激光冲击波作用下Al2O3陶瓷材料的断裂特征

使用激光冲击对Al2O3陶瓷进行了冲击试验，并通过扫描电子显微技术，对陶瓷材料在强激光冲击下的断口形貌进行了分析．发现随激光能量的变化。陶瓷出现不同的断裂特征．在高能量激光冲击下，试样宏观上出现中心裂纹，其微观主要仍以沿晶断裂和穿晶解理所形成的脆性断裂模式为主；但在激光能量降低到一定程度的情况下，脆性陶瓷材料在拉伸波作用下出现锥形断裂，而微观上也出现一定的塑性滑移特征，主要表现为晶界处出现大量的滑移线；在更低能量下陶瓷未出现破裂，硬度分析结果显示具有微观塑性变形强化现象．     

光电跟踪系统结构动态特性分析及优化

针对光电跟踪系统在振动冲击环境条件下结构发生变形导致跟踪精度下降的问题,应用Ansys软件对其结构动态特性进行分析和优化.建立了结构有限元模型,通过应用激光测振仪测试系统在约束情况下的固有频率和振型,验证了有限元模型的正确性与合理性.对系统在给定振动冲击环境条件下,反射镜与各姿态轴之间最大相对转角和角速度进行了数值模拟.通过对基座与反射镜进行结构优化,使系统在满足轻量化要求条件下,反射镜与各轴的最大相对角速度满足了指标要求,从而保证了系统的跟踪精度.     

铁纳米颗粒的脉冲激光气相蒸发-液相合成研究

采用激光气相蒸发-液相收集新方法合成纳米Fe颗粒,主要利用扫描电镜、透射电镜和振动样品磁强计等分析方法对纳米颗粒的形貌、大小、磁性及合成机理进行了分析.结果表明:以45#钢为靶材、20%乙二醇+80%乙醇为液相收集体系和N2为载气,在激光能量密度为42 J/mm2、脉宽3 ms、频率10 Hz和N2流量为0.5 L/min的条件下,成功制备出了Fe纳米颗粒;颗粒呈球形且呈链状连接趋势,主要粒径在20~30nm之间;纳米铁颗粒矫顽力为523 Oe,饱和磁化强度为45 emu/g;脉冲激光诱导45#钢靶材产生含Fe成分的等离子体,在气相中均匀成核,并发生一定程度的长大,然后在载气N2的带动下进入液...     

激光支持等离子体爆轰波流场研究

采用高速纹影摄影法记录激光支持等离子体爆轰波流场的演化,得到流场冲击波阵面形状和尺寸随时间变化规律。建立激光支持等离子体爆轰波流场演化的物理模型,采用计算流体力学方法模拟计算激光击穿空气后,激光作用时间内及激光作用结束后等离子体流场演化过程。结果表明,纹影摄影法能有效观测到激光支持等离子体爆轰波的传播情况。等离子体爆轰波在激光作用初期为椭球形,随着时间的增加逐渐转变为球形。计算的等离子体爆轰波流场密度分布图与实验结果基本吻合。     

沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析

由沙袋堆积起来的沙墙对强冲击波具有很好的消波吸能作用,在爆炸实验中对结构有一定的防护作用.沙墙在爆炸冲击波作用下,飞散形成颗粒相,吸收冲击波的能量,降低冲击波对结构的冲击作用.分别使用通用非线性动力学数值计算程序LS-DYNA和自编的多相流程序,计算了某封闭空间中沙墙对爆炸冲击波消波吸能的作用.自编的多相流程序可以计算沙子的飞散,可以考虑对流、辐射传热的吸能作用.LS-DYNA没有这些功能,但是却可以模拟复杂的爆炸与结构相互作用的问题.两种程序对比计算的结果可为使用商业软件LS-DYNA进行类似的复杂数值计算提供参考和修正.     

QT700球墨铸铁曲轴的激光冲击强化试验

选用不同涂层对QT700曲轴激光冲击处理,研究激光冲击强化条件下,QT700曲轴的硬度和表面残余应力等力学性能的变化.发现在激光冲击过程中,黑漆涂层、铝箔涂层和硅酸乙脂涂层均能有效提高冲击试样的表面硬度和表面应力.经过激光连续冲击后,在曲轴试件表面能形成1.0 mm厚的硬化层,其表面硬度最大能达到590 HV.激光脉冲功率从2.8 GW/cm2提高到3.6GW/cm2时,轴颈表面残余压应力相应由326 MPa提高到495 MPa,两次冲击后提高幅值更大.     

激光烧蚀制备纳米Si晶粒的激光能量密度阈值

在10 Pa的Ar环境气氛下,采用脉冲激光烧蚀方法在玻璃或单晶Si(111)衬底上制备了纳米Si晶薄膜. 为了确定能够形成纳米Si晶粒的激光能量密度阈值,在0.40～1.05 J/cm2内实验研究了激光能量密度对纳米Si晶粒形成的影响. 扫描电子显微镜(SEM)测量证实,随着激光能量密度的减小,所形成的纳米Si晶粒数目逐渐减少. 当激光能量密度低于0.43 J/cm2时,衬底表面不再有纳米Si晶粒形成. 从激光烧蚀动力学角度出发,对实验结果进行了定性分析.     

异常晶粒长大的Monte Carlo模拟方法

采用Radhakrishnan等改进后的Monte Carlo方法,模拟了两种能量结构下的异常晶粒长大过程.研究结果发现,在相同参数下用改进算法模拟异常晶粒长大比Srolovitz和Grest等人的模拟所得到的效率高,而且结果比后者与实际符合得更好.在两种能量结构下,异常晶粒长大的趋势相同,随着J1/J2值的增大,晶粒长大指数有所增加,异常晶粒的体积百分比曲线都出现平台阶段.在相同参数下,第二种能量结构的异常晶粒长大的速率比较快.     

激光冲击波驱动悬臂梁的流-固耦合动力学分析

提出采用激光冲击波驱动液体介质中悬臂梁使其产生运动的驱动方式.为了解激光冲击波驱动悬臂梁的运动特性,在统一考虑结构与液体性质的基础上,采用有限元方法,比较了单脉冲激光冲击波驱动真空中和水中悬臂梁的振动输出,并对多脉冲激光冲击波驱动悬臂梁进行了有限元仿真.结果表明:液态介质使悬臂梁振动频率大大降低,衰减加快;在多脉冲作用下,悬臂梁振动幅值在第一个脉冲后有所增大,增幅可达到40%.分析结果显示:在激光冲击波作用下,悬臂梁在其安全范围内可以获得较大的变形量,这表明用激光冲击波驱动悬臂梁可实现符合要求的的运动.