金属相变超塑性的研究进展

综述了国内外金属相变超塑性的研究现状,包括金属相变超塑性的实现条件、影响因素和太合金变形机制,提出了相变超塑性的研究方向。     

EH36MOD钢焊接CGHAZ的相变超塑性对提高疲劳寿命的贡献

研究了焊接ＣＧＨＡＺ的相变超塑性变形及其对疲劳寿命的作用。结果发现：（１）采用相同焊接循环与不同的拘束位移，所模拟的焊接ＣＧＨＡＺ中存在着相变超塑性现象。（２）该超塑性应变为１％时，其疲劳寿命要比无相变超塑性的提高１９％。（３）在无相变超塑性ＣＧＨＡＺ中，（Ｍ－Ａ）组元的形态基本上呈长条状；当相变超塑性应变增至１．０％时，（Ｍ－Ａ）组元变化成长条状与块状的混合型形态。     

热循环频率对铸态Zn-Al合金相变超塑性的影响

用恒载荷蠕变法研究了热循环频率对质量分数为 5 %的铝的铸态Zn Al合金相变超塑性的影响。研究结果表明 ,在温度为 2 0～ 35 0℃循环条件下进行拉伸时 ,铸态Zn Al合金的延伸率能超过 10 0 % ,呈现相变超塑性特征。改变热循环频率对铸态Zn Al合金的相变超塑性有很大影响。若保持循环温度和外加载荷不变 ,随着热循环频率的提高 ,铸态Zn Al合金的相变超塑性延伸率增大 ,而准稳态蠕变阶段的应变速率则有所降低。Zn Al铸态合金的这种相变超塑性与共析相变过程中新、旧相间的界面行为有很大关系 ,相变过程中产生的内应力在外应力的偏置作用下使新、旧相界面间的Zn Al合金发生牛顿粘滞性流动 ,而界面间的原子扩散对热循环中Zn Al合金的变形起着重要的协调作用。     

热循环频率对铸态Zn-Al合金相变超塑性的影响

用恒载荷蠕变法研究了热循环频率对质量分数为5％的铝的铸态Zn-Al合金相变超塑性的影响。研究结果表明，在温度为20～350℃循环条件下进行拉伸时，铸态Zn—Al合金的延伸率能超过100％，呈现相变超塑性特征。改变热循环频率对铸态Zn-Al合金的相变超塑性有很大影响。若保持循环温度和外加载荷不变，随着热循环频率的提高，铸态Zn-Al合金的相变超塑性延伸率增大，而准稳态蠕变阶段的应变速率则有所降低。Zn-Al铸态合金的这种相变超塑性与共析相变过程中新、旧相间的界面行为有很大关系，相变过程中产生的内应力在外应力的偏置作用下使新、旧相界面间的Zn-Al合金发生牛顿粘滞性流动，而界面间的原子扩散对热循环中Zn-Al合金的变形起着重要的协调作用。     

焊接CGHAZ相变超塑性及对拉伸断裂性能的影响

藉助于Ｇｌｅｂｌｅ１５００热模拟试验机，采用模拟焊接热循环拘束位移的方法，测定了ＨＴ８０钢模拟ＣＧＨＡＺ的膨胀曲线和拘束应力曲线，研究了ＣＧＨＡＺ的相变超塑性现象，并试验获得了静拉伸强度与塑性．试验结果表明：（１）在模拟焊接ＣＧＨＡＺ中确是存在着相变超塑性，其变形量随着拘束位移的增大而增大；（２）相变超塑性具有使ＣＧＨＡＺ晶粒细化、降低强度和提高塑性的作用，这些都是以往难以实现的问题；（３）焊接过程的强拘束导致ＣＧＨＡＺ发生相变超塑性，不仅降低了ＣＧＨＡＺ的残余应力，而且改善了显微组织与力学性能     

陶瓷超塑性综述

现已公认超塑性是陶瓷中一种很有潜力的变形工艺.本文总结了陶瓷及其它非金属材料中超型性的主要特点并考察了这些材料中相变与组织两种超塑性的报导.结果表明其与金属既有相同又有不同之处.相同的是应变速率随应力及晶粒尺寸的变化,重要的区别是必须考虑到陶瓷中的晶间非晶相的作用.在金属间化合物及地质材料中超塑性同样也是重要的,在地质材料中无论在试验室试验或自然界的变形中部有超塑变形的迹象.     

超弹性NiTi形状记忆合金断裂韧性的影响因素分析

通过有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT开发了超弹性-塑性叠加的材料模型,合理预测了超弹性NiTi形状记忆合金的单调拉伸应力-应变曲线。进而对紧凑拉伸试样的断裂韧性进行了有限元分析,调查平面应变状态下不同材料参数对超弹性NiTi形状记忆合金断裂韧性的影响。分析结果表明,裂纹尖端马氏体相变区呈蝴蝶状且发生小范围马氏体塑性屈服;断裂韧性参数J积分随着马氏体相变开始应力的增加而增加;随着马氏体相变开始应力的提高,马氏体弹性模量、相变应变、马氏体塑性屈服应力对断裂韧性的影响不断弱化,且马氏体弹性模量的变化对断裂韧性影响最小;同时还发现,相变应变和马氏体塑性屈服应力对J积分的影响存在竞争机制。     

钢铁材料的相变超塑性焊接

首次采用Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟试验机进行了不同金属材料相变超塑性焊接过程及接头性能的探讨。试验证明低碳钢、铸铁及Ａ３－Ｔ８异种钢接头利用相变诱发的超塑性状态来进行固相焊接是可行的。作为介于一般压力焊与扩散焊之间的一种新焊接方法，相变超塑性焊接对很多金属材料的连接具有一定的应用前景。     

探索新强韧化机制 开拓超高强度钢新领域

论述了超细化马氏体板条，共格沉淀新强化相（Laves相），M2C碳化物和残余—逆转变奥氏体向马氏体相变诱发塑性等强韧化机理，用超纯洁熔炼、超均匀化及控制相变等工艺，获得一种低碳-14Cr-12Co-5Mo-Me新型超高强度、高塑性、高韧性不锈钢。     

基于DMRG算法的自旋轨道耦合排斥费米气体的相变研究

用密度重整化群(DMRG)方法研究了自旋轨道耦合作用下的一维光学晶格与超晶格中的排斥费米气体的相变。研究发现在光晶格中,在自旋轨道耦合作用下发生Mott绝缘态与金属态之间的相变。在超晶格中,在自旋轨道耦合作用下发生Band绝缘态、电荷密度波(BCDW)态或Mott绝缘态与金属态之间的相变,并且通过相图分析了自旋轨道耦合强度和相互作用强度对相变的影响。     

M_2高速钢热塑性变化研究

用热扭转法测定了M_2高速钢热塑性曲线,并对其变化机理进行了研究,发现:升温时是相变超塑性效应造成了850℃的高塑性区,降温时无此效应出现,但在特殊条件下,该效应能够出现。     

Sn—Pb共晶合金超塑性挤压流动特性的视塑性法研究

本文研究了Sn—Pb共晶合金超塑性轴对称挤压稳定过程中流动特性,并与纯Pb的常规塑性挤压进行比较。研究结果表明采用直角模,Sn—Pb共晶合金超塑性挤压和纯Pb常规挤压都存在着金属死角区。Sn—Pb共晶合金超塑性挤压过程完全处于三向不等压应力状态、显示出高塑性、低应力和应力均匀分布的特点。     

热处理模拟参数的实验分离

提出了一种系统获取热处理模拟参数的实验方法。该方法基于热处理过程的应变分解原理,通过试样均匀热影响区的变形分析,把热循环过程过程分为不发生相变、无应力相变、有应力相变3种情况,逐步分离得到了弹性应变、热应变、经典塑性应变、相变应变和相变塑性应变,用于确定热膨胀系数、塑性参数、相变膨胀系数、相变动力学参数及相变塑性参数。给出了某中碳低合金钢热处理参数的实验分离方案。采用13组等温拉伸实验确定了3种组织的塑性参数;采用无应力热循环实验确定了相变动力学参数、相变膨胀系数及3种组织的热膨胀系数;采用5组不同载荷水平的相变确定了相变塑性系数,依次得到了热处理模拟所需的参数。该研究有助于热处理数值模拟技术的进一步推广应用。     

纳米线高应变率拉伸超塑性

应用分子动力学方法,采用嵌入势EAM与Buckingham势,对金属Cu、半导体化合物CuInSe2和陶瓷化合物MgO纳米线进行拉伸模拟,考察其拉伸应力-应变曲线,并分析拉伸过程中的结构变化.发现当以高于临界应变率的速率对纳米线进行拉伸时,纳米线由脆性断裂向韧性断裂转变,且其延伸率可以超过100%,表现出超塑性的特性,而以较低应变率拉伸时,纳米线仍然表现为脆性断裂,这表明纳米线材料的超塑性对于应变率高度敏感.通过观察纳米线在拉伸过程中的结构变化,发现高应变率拉伸时由于CuInSe2与Cu纳米线晶体结构发生非晶化,在这一转变过程中大量能量被吸收,因而导致其塑性变好.而MgO纳米线则发生面心立方结构向环形结构的相变,相变的发生同样导致了能量的吸收,从而使其塑性大大改善.     

ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢马氏体相变塑性的实验研究及应用

为预测铸件热处理过程中的应力和变形,采用Gleeble热模拟实验机,对单轴应力作用下ZG0Cr13Ni5Mo马氏体相变的相变塑性进行了研究。通过制定不同的加热和加载方案,在试样径向应变中,分离出了相变塑性应变,采用Greenwood-Johnson模型得到了该种材料的相变塑性系数。将所得参数用于三峡水轮机叶片热处理过程的热应力数值模拟,发现叶片热处理变形主要发生在正火过程的冷却阶段,在回火过程中产生的变形很小。研究表明:相变塑性是铸件热处理过程应力和变形的重要影响因素。     

温度应力对低碳微合金钢连续冷却过程中相变塑性的影响

通过热模拟单轴载荷拉伸/压缩试验,研究了连续冷却过程中温度应力对低碳微合金钢700L相变塑性和相变动力学的影响。结果表明,在1/2奥氏体屈服强度的应力范围内,700L钢的相变塑性应变与温度应力呈线性关系,对应相变塑性参数k为1.357×10~(-4);整体而言,压应力对700L钢相变塑性的作用效果强于拉应力。连续冷却过程中,外加载荷明显降低了700L钢奥氏体向铁素体转变开始温度,延缓了铁素体相变进程,缩短了相变完成所需时间,并且拉应力作用对700L钢铁素体转变动力学的影响效果更显著。     

DP980超高强钢激光焊接接头组织及性能研究

利用Nd:YAG固体激光器对DP980超高强钢进行激光对接焊接,通过硬度测试、拉伸试验研究DP980超高强钢激光焊接接头力学性能的变化,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等观察显微组织的转变.结果表明:DP980超高强钢经过激光焊接,焊接接头分为焊缝金属区、完全相变区、不完全相变区、回火区和母材区.焊后焊缝金属区和完全相变区为马氏体组织,硬度较高;焊接接头软化现象发生在不完全相变区和回火区:不完全相变区马氏体发生相变使得铁素体含量增加;回火区组织发生回火,马氏体析出碳化物,导致软化.在力学性能方面,焊接接头抗拉强度略有降低,延伸率下降明显,软化区的存在导致在拉伸试验时焊接接头的不均匀变形,造成了其塑性明显下降;拉伸试样的断裂发生在焊接接头热影响区,断口观察发现存在有大小不等、深浅不一的韧窝,属于塑性断裂.     

马氏体相变塑性及其在淬火数值模拟中的应用

相变塑性是淬火过程中伴随着马氏体相变所发生的一种特殊变形现象。从Greenwood-Johnson公式出发，通过实验测试出该公式中的常数K，发现K不仅与应力有关，而且和马氏体转变量的大小也有一定关系。同时，提出了一种新的计算相变塑性的方法。将该公式应用到淬火的数值模拟中，对比计算结果和实验测试结果表明，淬火模拟的数字模型中考虑相变塑性比不考虑相变塑性更符合实际情况。     

超低温高锰钢埋弧焊焊缝金属微观组织及冲击韧性分析

采用埋弧焊工艺制备低温高锰钢焊缝金属,其主要成分为:0.20%～0.22%C、20.00%～22.00%Mn及2.80%～3.00%Ni。通过-196℃示波冲击试验,结合微观组织和冲击断口表征,分析了影响焊缝金属低温冲击韧性的微观机理。结果表明,该焊缝金属在-196℃的平均冲击值为68.2 J,断裂类型为延性断裂,断口呈韧窝形貌。焊缝金属能发生延性断裂缘于全奥氏体组织具有优异的塑性变形能力。冲击过程组织发生了马氏体相变,即相变诱导塑性(TRIP)效应,这在一定程度上有益于焊缝金属低温韧性的提升。另外,焊缝金属组织中粒径小于0.5μm夹杂物粒子占比为61.5%,这是其保持良好低温韧性的另一因素。     

超塑性板材气压成形模具的设计与计算

介绍了金属的“超塑性”概念及其特点,阐述了超塑性材料Zn-22%Al板材气压成形的原理,着重解释了其板材气压成形模具的设计与计算,对生产实际与理论探讨具有现实意义。