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．     

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。     

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.     

楔横轧铝合金轧件内部空洞演变

采用数值模拟的手段,研究了楔横轧轧制铝合金时轧件内部空洞演化的一般规律和工艺参数对空洞演化的影响.结果表明:轧件内部单空洞演化的一般规律是球形—椭球形—轧件内部轴向贯通的孔腔;多空洞演化时,位于轧件中心的空洞的变化规律和单空洞时相似,但其余位置的空洞发生了闭合,它们对中心空洞有正作用方面的影响;在模具的各个阶段中,楔入段的后期和展宽段的前期是内部空洞演化的关键阶段;在楔横轧加工的工艺参数方面,展宽角是影响空洞演化的最敏感因素,其次是断面收缩率,再次是成形角.研究证明了小的成形角、展宽角和断面收缩率均有利于轧件内部空腔的扩展.     

含不同角度穿透裂纹板拉伸断裂的有限元模拟

对含不同预置角度穿透裂纹板受拉伸断裂过程进行了数值模拟.选用增量型弹塑性本构关系,采用自编有限元程序求解虚功原理方程,裂纹扩展参照了LS-DYNA商业计算软件处理断裂问题的单元失效方法,考核了不同幅值载荷和预置裂纹角度的影响,给出了不同时刻等效应力云图和指定点的应力、应变随时间变化曲线.计算结果表明:当应力波在板中传播时,会在裂纹尖端引起应力集中,板产生垂直裂纹和水平裂纹.垂直裂纹扩展垂直于加载方向,水平裂纹扩展平行于加载方向,两者均与预置裂纹角度无关.板上不同位置的应力变化仅和相对裂尖位置相关,而与预置裂纹角度无关.相对裂尖位置、与板边界距离和加载位置是影响应变随时间变化的主要因素.当载荷幅值较小时,不会出现裂纹扩展.当载荷幅值较大时,聚集在裂纹尖端的应变能需较长时间才能释放,这会影响水平裂纹的出现时间.     

中碳钢楔横轧轧制过程及组织性能研究

采用有限元方法对两种不同温度下三辊楔横轧中碳钢棒材的轧制过程进行了数值分析,分析了轧件横截面上温度及等效应变的分布规律,并通过实验研究分析测定了截面上不同位置处的显微组织及硬度分布。结果表明:轧件等效应变等值面在轧件横截面上呈环状分布,由心部向外变形程度逐渐增大;轧制过程中轧件内部存在明显的温升,大约在轧件1/2半径处温升最明显;轧件典型组织为珠光体与先共析铁素体,且从心部到表层组织逐渐变细。同时发现轧件外表层有产生脱碳,其组织为铁素体。     

三辊楔横轧应力应变场对内部缺陷的影响

采用有限元数值模拟方法,比较分析了三辊楔横轧与两辊楔横轧轧件内部缺陷的产生几率和存在形式. 根据轧件内部的应力应变状态,阐述了三辊轧制轧件中心点缺陷产生可能性较小和断裂呈环向裂纹的原因. 分析表明,三辊楔横轧轧制工艺在轧件心部成形质量上具有明显的优势.     

楔横轧成形小断面收缩率轴类件热力耦合数值模拟

借助DEFORM-3D有限元软件针对小断面收缩率轴类件的楔横轧成形过程进行热力耦合数值模拟,分析轧件在成形过程中的温度变化规律;通过与常规断面收缩率轧件进行对比,得到小断面收缩率轧件的各向应力分布状态.模拟结果表明:小断面收缩率轧件与轧辊接触表面的温度变化较为剧烈,而轧件内部中心位置附近温度无显著变化;由于轧制位置的不同,轧件各横截面间的温度变化有所差异,曲线的波动存在着相位差.此外,小断面收缩率轧件在接触变形区周围的横向和径向压应力较大而轴向压应力较小,导致其横截面容易出现椭圆化;其中心附近区域由于受到比常规断面收缩率轧件更大横向和轴向拉应力影响,因而更易产生疏松、裂缝等缺陷.进行轧制试验,验证了模拟结果的可靠性.     

基于ANSYS/LS-DYNA辊式楔横轧轧制过程有限元分析

建立了辊式楔横轧轧辊及轧件的有限元模型,对轧制过程进行了动态模拟,获得了轧件在不考虑热力耦合时的应力分布、考虑热力耦合时的温度场分布及应力分布,并且将两种状态进行了比较。结果表明,轧件的最大应力或温度区域位于与轧辊接触部位,径向沿金属流动方向向两侧区域和轴心扩展,轴向沿轴线中心向两测扩展;轧制过程中,机械做功使轧件的温度持续升高,轧辊转速19rpm、轧件初始温度为450℃时,轧制结束时温度升高49.742℃,前期由于轧件温度升高有助于塑性变形,考虑热力耦合时轧件的最大等效应力小于未考虑时的,而后期由于轧件变形减小,导致规律正好相反。结论为研究楔横轧轧件成形规律和控制利用轧件在轧制过程中机械做功造成的温升提供依据。     

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。     

Effect of gradient temperature rolling process on promoting crack healing in Q500 heavy plates

To ensure the quality of heavy plate products as determined by ultrasonic inspection, it is necessary to effectively control defects such as cracks and shrinkage cavities in heavy plates. Generally, some defects such as large size cracks exist due to insufficient deformation in the center of traditionally rolled plates. Compared with the traditional rolling process, gradient temperature rolling(GTR) process can effectively increase deformation inside heavy plates. In this study, the effect of GTR on crack healing was analyzed through a comparison experiment with the uniform temperature rolling(UTR). The results show that the GTR process could increase the plastic strain inside the heavy plate and effectively promote the healing process of the preset cracks. The degrees of crack healing at the center and quarter thickness position of the steel plate via GTR were greater than twice those of the plate via UTR. The GTR process can significantly reduce the internal defects of heavy plates and improve the defect detection level of heavy plate products. Also, The GTR process results in the formation of new crystal grains in the crack region, which is crucial to crack healing.     

中厚板边裂的形成与控制

边裂是中厚板常见的表面缺陷之一。连铸坯角部表面横微裂和皮下气泡缺陷及轧制中轧板上下表面不均匀变形是边裂产生的主要原因。通过控制钢中w[Als]，避免高温浇注，选用合适的保护渣，控制矫直温度，保持铸机状况良好，改善铸坯角部的表面质量；通过减小横轧展宽量，提高板坯加热均匀性，保证轧制压下量，优化轧机配辊，减小轧件边部的不均匀变形？可大大降低中厚板边裂的发生率。     

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     

低碳钢内裂纹热愈合时的耗散结构

为研究钢内裂纹愈合机理,对经过热愈合处理的稀土Q235钻孔压缩试样的组织进行了光学显微镜和SEM电镜观察与分析.结果表明,低碳钢在热愈合过程中产生了两类耗散结构特征:基体中片状珠光体的溶解;裂纹愈合区组织的形成.分析认为,含内裂纹的低碳钢是远离平衡态的开放系统,热愈合过程中存在着反应扩散非线性基本条件,存在浓度起伏、结构起伏、能量起伏等涨落因素,因此导致了材料内部有序耗散结构的产生.     

电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的机理

设计了电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的试验装置 ,试验研究了裂缝中沉积物的成分、形貌以及裂缝愈合效果 .探讨了电化学沉积原理、电极反应 ,并提出裂缝愈合机理 .研究表明 ,电极间电势差引起的电极反应是电化学沉积的动因 ;电流密度是混凝土裂缝愈合效果的一个重要因素 .裂缝愈合机理在于电解反应生成的产物在裂缝中诱导成核 ,生成不溶性晶体 ,从而使裂缝密实、愈合 .     

CrNiMo钢缺口根部疲劳裂纹萌生的研究

本文采用单边缺口板状试样研究了四种含碳量的CrNiMo钢缺口根部的疲劳裂纹萌生寿命及其萌生机制。裂纹萌生可能有四种方式—沿驻留滑移带压入挤出、微孔聚集型切变、准解理和沿晶机制。文中论述了钢的含碳量、热处理规范及外加应力水平对裂纹形核机制的影响。研究表明:在双对数坐标中,表观循环应力范围和萌生寿命的关系可用两段不同斜率的直线来描述,两段萌生线的分界点随钢的强度水平提高而迅速向低周次范围推移,但两段的裂纹萌生均仍属于应力疲劳范畴。文中分析了微观塑性变形对缺口根部实际循环应力范围和应力循环比的影响,给出了对它们进行修正估算的方法。修正后的实际循环应力范围和萌生寿命的关系可用一条直线反映出来。在此基础上,提出了一种用光滑试样应力疲劳曲线估算缺口根部裂纹萌生寿命的新方法。     

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。     

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.