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。     

应力状态对TRIP钢残余奥氏体稳定性的影响

通过单向拉伸、平面应变和双向等拉实验研究了宏观应力状态对相变诱发塑性(TRIP)钢中残余奥氏体稳定性的影响.实验中残余奥氏体在不同应变量的体积分数通过X-射线衍射法测量,并引入应力三维度水平来表征不同应力状态.结果表明,不管何种变形模式,TRIP钢中残余奥氏体的体积含量都随塑性应变的增大而减少,而且应力三维度水平越高,TRIP钢的相变速率越快,残余奥氏体的力学稳定性越差.基于此,给出了能够表征不同应力状态的应变诱发马氏体相变动力学方程.     

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。     

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。     

一种高锰奥氏体钢组织和力学性能

研究了高锰奥氏体钢在室温及100℃条件下拉伸变形过程中组织变化.结果表明,高锰奥氏体钢在不同的拉伸变形条件下均产生了明显的塑性变形诱发马氏体相变(TRIP)效应,获得了较大的延伸率(60%～70%)和较高的抗拉强度(500～700 MPa).在10-3～10-1/s级别的初始应变速率范围内,实验钢对流变应力几乎不存在应变速率的敏感性.随着应变速率的增加,强度和塑性变化不大,由于该钢具有较好的综合机械性能,有望作为新一代高强度、高塑性汽车用钢.     

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。     

弹塑性材料杆的相变分析

针对弹塑性材料的相变问题，对弹塑性杆中的相变分别进行了小变形和大变形分析．分析表明，相变可以在能应变软化的弹塑性杆中发生，相变的Maxwell应力、弹性相和弹塑性相的应变都可以被确定．对任一条假设的应变软化曲线，Maxwell应力直线和应变软化曲线所围面积的代数和总等于零，这和Ericksen对非线性弹性杆相变研究得到的结论一致．数值算例表明，跨越弹塑性杆相变界面的应变跳越一般很大，这时用小变形分析导致的误差也很大，必须应用大变形理论对弹塑性杆的相变进行分析．     

无硅TRIP钢力学性能的研究

无硅TRIP钢采用临界区加热等温淬火热处理,获得铁素体,贝氏体及大量稳定残余奥氏体的三相组织·通过对其显微组织观察,断口形貌分析,与高硅TRIP钢力学性能的相互比较,探讨了无硅TRIP钢相变诱发塑性的行为·结果表明:无硅TRIP钢在拉伸变形过程中,应变诱导相变,相变诱发塑性;其拉伸断口形貌呈韧性断口特征;经790℃加热在400℃等温5min时,抗拉强度达到754MPa,延伸率达到36%,综合性能(强塑积)达到27144MPa%的最高值·     

SPHC钢应变诱导相变细化铁素体晶粒

以SPHC钢为对象,在Gleeble-1500型热模拟机上进行单道次热压缩试验,通过分析变形后的应力与应变曲线及变形过程中的金相组织变化,研究应变诱导相变的基本规律及铁素体晶粒细化效果.结果表明:在750~830℃的变形中存在应变诱导铁素体相变,并获得超细晶铁素体晶粒尺寸为1.6~4.6μm;降低变形温度将增加相变所需化学驱动力,促进应变诱导铁素体相变的发生,从而细化铁素体晶粒;在一定的应变条件下,应变诱导相变获得的铁素体晶粒尺寸和体积分数均随应变速率的增加而减少.     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

煤岩变形破坏过程中渗流演化规律试验研究

高煤阶煤层气的开发主要采用压裂的方式进行增产。在压裂过程中,随着煤岩应力的不断变化,其孔隙结构和渗透特性发生变化,进而影响煤岩的力学破坏特征。以高阶煤为研究对象,开展不同围压作用下三轴渗流-应力耦合流变试验,研究煤岩变形和破坏过程中的应力、应变与渗透率之间的相互关系,分析了煤样应力、应变变化过程中渗透率随围压和体积应变的变化规律。试验结果表明:煤岩的应力-应变关系具有脆-塑性特征,煤岩体积应变经过压密和扩容阶段,环向应变能够比轴向应变更灵敏地反映出煤岩变形破坏的过程。煤岩渗透率在压缩过程中出现波浪状变化,在高应力作用下发生破裂后,其渗透率不一定比破裂前增加,相反有可能会减小。研究结果可为多场耦合下煤岩破裂模型的建立与分析、压裂施工参数设计和工艺的优化提供技术支撑。     

形变过程中TRIP效应的相变热动态研究

采用拉伸与测温试验同时进行的方法,将应力应变曲线与热能曲线相结合,动态研究热轧TRIP钢拉伸过程中的相变热.研究表明:热轧TRIP钢在拉伸过程中材料增加的热能由部分转变的塑性功和马氏体相变热组成,因此,拉伸过程中实际测得的试样热能高于由塑性功转变的热能.利用平均综合热能损失系数对低速拉伸的TRIP钢的热能进行补充,通过计算与推导,证实了试样在刚进入塑性变形时,一定数量的较不稳定残余奥氏体首先集中发生马氏体相变,随着应变的进一步加大,剩余的较稳定的残余奥氏体根据其稳定情况发生马氏体相变的数量逐渐减少,在试样均匀延伸结束前绝大部分残余奥氏体已转变为马氏体.结合相变热变化可动态描述热轧TRIP钢形变过程中马氏体相变的情况.     

22MnB5钢热变形诱发相变及其对组织性能的影响

利用Gleeble 3500热力试验机对22MnB5钢板在温度900~600℃、应变速率0.01~0.40s-1条件下进行热拉伸,研究变形过程中的应力应变行为,并结合光镜、扫描电镜、X射线衍射仪和硬度测试仪分析试样的微观组织,探究热变形对相变的影响.结果表明:当温度为800℃,应变速率达到0.10s-1后,变形将诱发铁素体相变;在700℃下热变形促进铁素体相变;在600℃下热变形将诱发贝氏体相变.在800~600℃热变形过程中,由于形变应变诱发或促进了奥氏体转变,22MnB5钢的变形抗力降低、延性提高,从而改善了成型性能;相应冲压件的强度在900~1 000 MPa.     

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     

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。     

斜轧零件应力应变特征与内部低周疲劳损伤机制

采用ANSYS／LS—DYNA软件，建立了斜轧零件基本变形过程的三维有限元分析模型，对不同工况下的斜轧过程进行了计算机数值模拟分析，仿真结果揭示了斜轧过程中轧件内部应力应变场的分布规律；导致Mannesmann缺陷的主要原因是在发生大塑性应变变形情况下，金属内部在承受交变应力作用下产生低周疲劳损伤和破坏。     

真应力—应变的定义及其力学特征

材料的真应力和真应变与常用的工程应力-应变有明显的差异,作者从真应力和真应变的定义出发,论述了塑性材料在轴向拉伸条件下变形过程的力学行为,阐明了应变硬化、最大均匀真塑性应变、应变硬化指数的相互关系,真应力-应变曲线直观地反映了材料拉伸变形时的应变硬化行为,其数学表达式为Hollomon公式,由拉伸实验得到的logσ-logε曲线的斜率即为应变硬化指数,其数值与材料拉伸变形时的最大均匀应变相等,是衡量材料塑性均匀变形能力的力学指标。     

超塑性压缩变形的理论计算及比较

本文论述了超塑性压缩变形的粘塑性有限元计算方法,对硬铝压缩变形进行模拟计算,得到变形过程中的速度分布、应变率分布,应变分布、应力分布等一系列变形流动信息; 与计算圆柱体超塑性压缩流动应力的上限法、滑移线法和变分法进行比较.计算表明,有限元法和变分法的结果比较接近实验数据.     

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。     

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.