微裂纹愈合过程的分子动力学模拟

对铝单晶中心贯穿微裂纹的愈合过程进行了分子动力学模拟.结果表明,当加热温度超过临界温度,或外加压应力K1超过临界值时微裂纹将完全愈合.在裂纹愈合过程中伴随着位错的产生和运动,以及孪晶和空位的产生及变迁.裂纹愈合的临界温度和裂纹面的相对取向有关;沿滑移面的裂纹最容易愈合.如果晶内预先存在位错(预先塑性变形),则可使裂纹愈合的临界温度明显降低.裂纹愈合的能量关系为πσ2(1-v2)/E+TS/A≥2γ+γp*,其中σ为压应力,T为温度,S为熵,A为裂纹面积,γ为表面能,γp*为塑变功.     

描述裂纹愈合过程的内变量

在连续介质热力学框架内，以热力学第二定律为出发点，推导出裂纹愈合耗散不等式，确定了描述裂纹愈合过程的热力学内变量H的定义形式．裂纹愈合过程内变量的提出，不仅可以将裂纹愈合过程模型化，而且还可以建立裂纹愈合过程的演化方程和本构方程，为裂纹愈合过程的定量分析提供可能性．     

16Mn钢内裂纹愈合区域的微观分析

对经过热愈合处理的16Mn钻孔压缩试样的内裂纹愈合形态、愈合区域组织结构、显微硬度进行了测试与分析.扫描电镜分析结果显示,愈合区内精细组织主要为铁素体,并存在许多大小为几百纳米级的多边晶块.维氏硬度测试结果显示,出现在愈合区铁素体组织的维氏硬度高于基体区铁素体组织,其可能原因是愈合区中出现的多边晶块结构所引发的强化.     

大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟

针对锻造过程中钢锭内部裂纹缺陷的愈合情况进行研究,设计了裂纹愈合的实验室模拟实验与工业级模拟实验.通过在Gleeble热压缩试样中预制裂纹缺陷,研究了变形温度和变形量对内部裂纹愈合的影响,发现变形温度越高,变形量越大,内裂纹的愈合效果越好.为了验证Gleeble实验结果的准确性,保证其结果在实际锻造生产中的适用性,设计了锻件内部裂纹愈合的工业级模拟实验.结果表明在1200℃,变形量为40%时,可以有效焊合锻件内部裂纹.     

轧件内部裂纹的模拟实验方法与愈合行为

提出一种预置轧件内部裂纹的模拟实验新方法,即钻孔填充法,将其用于普碳钢中厚板内部裂纹的预置,并对其愈合行为进行轧制实验研究.研究了位于轧件中心、厚度方向三分之一处等位置的裂纹愈合情况.实验结果表明,压下率达到50%以上、开轧温度在1100℃时,内部裂纹可完全愈合;且位于轧件厚向中心位置裂纹的愈合程度好于其他位置,采用缓冷方式时裂纹的愈合程度好于空冷.对轧制过程中裂纹愈合的机理进行了分析,认为在轧制变形条件下,压应力状态为裂纹愈合提供了静力学条件,塑性变形过程中大量原子的定向运动,为裂纹愈合提供了物质补给条件,裂纹两侧的金属原子更容易找到新的平衡位置,形成统一的晶格点阵,从而实现裂纹愈合.     

金属材料内部裂纹高温愈合实验研究

给出对纯铜和４５号及８０号优质碳素钢;人部裂纹高温愈合处理的一些实验结果,研究表明：内部裂纹愈合过程中存在比较强烈的原子扩散迁移行为,钢中Ｆｅ原子更易于向裂纹愈合区扩散迁移;较长裂纹段的愈合可能依赖于一种分隔愈合机制。     

加热温度及保温时间对结构钢内部裂纹愈合的影响

目的研究加热温度及保温时间对钢内部裂纹愈合的影响,为钢内部裂纹愈合处理提供理论依据,以促进钢材的智能化、提高其使用寿命。方法用钻孔压缩法在试样内部引入裂纹,然后对含内部裂纹的试样进行不同加热温度和不同保温时间的空冷处理,采用金相显微镜及扫描电镜观察分析裂纹愈合程度。结果裂纹愈合区是由铁素体构成的细晶愈合带,随加热温度升高及保温时间延长愈合带变窄。结论随加热温度升高及保温时间延长裂纹愈合程度增加;温度是影响裂纹愈合的主要因素,而加热时间的影响次之;裂纹愈合存在临界温度,此临界温度应大于该材料的最低再结晶温度。     

立-平轧制过程轧件角部裂纹的扩展与愈合

采用显式动力学有限元方法和几何模型更新技术，对立平交替轧制过程中轧件角部裂纹的扩展与愈合进行了数值模拟．研究了平辊身立辊和带孔型立辊两种条件下，轧件角部表面横向裂纹的形状变化、裂纹内侧面接触压力变化、裂纹表面节点的位置变化．模拟结果表明：采用平辊身立辊轧制时，轧件角部裂纹愈合较好，而采用带孔型立辊时，轧件角部裂纹在平轧后，可能再一次被拉开．模拟结果与实验结果趋势一致，研究结果对预报热轧过程中板坯的边部裂纹出现、提高产品的边部质量有参考价值．     

热疲劳斜裂纹应力强度因子有限元分析

用有限元方法和最大周向应力准则计算了热疲劳斜裂纹的应力强度因子和开裂角的周期变化规律.计算表明:在加热过程中,模型内产生压缩热应力,使两裂纹面相互挤压、错开;由于加热过程生成的压缩塑性变形不能自由恢复,在降温过程的后期产生拉应力使裂纹张开;热疲劳斜裂纹在加热过程以及降温过程的前期是纯Ⅱ型,KⅡ在加热过程结束时达到最大值,在降温过程的后期是Ⅰ,Ⅱ复合型,降温过程结束时KⅠ,Ke达到最大值,裂纹在此时最易开裂.     

低压余热锅炉制造中汽泡环焊缝热裂纹探讨

一般情况下按焊接裂纹产生的温度和时间分为热裂纹、冷裂纹（延迟裂纹）和再热裂纹等,在承压类特种设备制造中产生的裂纹主要是热裂纹、冷裂纹。控制焊缝中S、P、C等含量,选择合适的焊接工艺、降低焊接结构刚性减少焊接残余应力是提高焊缝的抗裂性、减少热裂纹的有效措施。在锅炉焊接生产中,选择合适的焊丝、焊剂或焊条,有效控制其S、P、C含量,选择合适的焊接工艺和结构,减少焊接残余应力是减少焊缝纵向裂纹的有效措施。     

Physical and Numerical Simulation for Inner Crack Healing in Metals

The research purpose on the healing of inner crack in metallic materials is to provide an effective approach for improving their properties and prolonging their lifetime. The crack healing process of 20MnMo steel with inner pre-crack was analyzed. It was found that all inner cracks could be healed in different degree. There were very fine ferrite grains in healing region. The micro-crack healing process in single crystal of BBC-Fe was simulated by the molecule dynamics method, which showed that the critical temperature of crack healing in BBC-Fe is 673K. There were micro-voids, dislocations and twins left after crack healing.     

材料内部裂纹自修复中组织生长机制

为探索高温塑性变形过程中裂纹修复规律 ,采用高温物理模拟方法研究了 2 0 Mn Mo材料内部孔隙性裂纹的自修复过程。实验中发现在裂纹修复过程中普遍存在着缺陷自由面上组织生长现象 ,该现象解释了自修复消除孔隙的原因 ,证实了裂纹修复的再结晶机制。研究结果对揭示裂纹演化和修复机理具有重要意义 ,在实际生产中能够作为修复裂纹的指导原则。该成果对于控制塑性加工中缺陷的变化过程具有重要的理论意义和实用价值     

热处理作用下碳钢氢腐蚀裂纹愈合规律

对含氢腐蚀裂纹的碳钢进行再热处理后,SEM观察表明,氢蚀裂发生了不同程度的愈合,实验结果表明：长度约为10μm的碳钢氢蚀裂纹完全愈合的热处理条件下是从室温到1000℃热循环5次,共10h,氢蚀裂纹的愈合机制是热扩散,发生氢蚀裂纹愈合的动力是氢蚀气泡或裂纹长大导致的塑性变 能E8。在铁、碳和氢原子扩散都足够快的情况下,氢蚀裂纹愈合的条件是E8大于裂纹愈合所必须克服的表面张力能。     

残余压应力场中疲劳短裂纹扩展速率的预测

通过对Newman中心孔裂纹闭合模型加以改进,引入经有限元分析计算得到的残余应力再分布曲线,建立了用于单边圆缺口短裂纹闭合力及扩展速率预测的改进模型。为了验证模型的合理性,对40Cr调质态板状试样的缺口部位进行喷丸,测定裂纹扩展时的残余应力再分布,实测短裂纹的闭合力及扩展速率。结果表明,模型计算与实验测定符合较好。残余压应力提高了裂纹闭合力,减小了最大应力强度因子,从而降低了有效应力强度因子幅值,使裂纹扩展速率下降。