基于金属磁记忆的钢结构焊缝疲劳试验

金属磁记忆检测技术已经在对接焊缝疲劳损伤检测方面有了诸多研究成果,但是目前的研究主要集中于对接焊缝的拉压疲劳,与实际结构中焊缝的弯拉疲劳过程之间存在差异.为此,本研究开展了含对接焊缝的工字钢梁疲劳试验,旨在真实地模拟实际工程中对接焊缝的疲劳开裂过程,揭示疲劳过程中磁信号的变化规律.试验结果表明:焊缝的初始焊接状态对于磁信号分布曲线的变化趋势有一定的影响,对于同一焊缝,当其初始磁信号曲线分布趋势相似时,其峰值及谷值随疲劳周次的变化趋势基本一致;研究发现,磁信号分布曲线的突变可以表征宏观疲劳裂纹出现,但是在疲劳稳定阶段,磁信号法向分量对于疲劳损伤的累计更加敏感;经过标准化处理后的矢量合成磁场平均值特征曲线可以表征焊缝疲劳的变化过程,捕捉到疲劳裂纹萌生的广义时间节点,从而对宏观疲劳裂纹的出现起到预警作用.     

磁处理降低钢中残余应力的微观机理模型

目的是定量研究一种新颖的降低材料内应力的非热方法、低频交变磁处理法的效果及其微观机理。在试验研究了该方法降低试样内残余应力的程度、特点和工艺参数的影响后 ,通过透射电镜分析 ,着重观察了磁处理时材料内部的位错运动规律。结果表明 ,低频交变磁处理用于降低材料的内应力是有效的 ,其主要应力降低原因是磁处理过程引起的位错均匀化。在实验结果和理论分析的基础上 ,提出了磁处理时材料内应力松弛的物理模型 ,合理地解释了低频交变磁处理方法降低残余应力的机理     

低碳钢扭转过程弱磁信号变化及金属磁记忆效应

研究地磁场存在条件下扭转过程中低碳A3钢的弱磁信号变化和金属磁记忆效应.在扭转实验机上对A3钢弱磁信号变化和转矩变化之间的关系进行了实验研究,通过记录试件表面磁场强度垂直分量和所施加的转矩值,绘制出二者之间的关系曲线,分析了弹塑性阶段弱磁信号变化特点.磁信号在弹塑性区域发生变化的主要原因是磁畴在应力作用下的定向分布和位错对磁畴转向的阻碍作用.根据实验结果提出了通过设立弱磁信号的梯度阈值进行构件应力状态及微损伤判别的新方法.     

铁磁性材料拉伸损伤过程的磁学特性

采取分级加载拉伸断裂和重复加载拉伸断裂两种加载方式,对不同初始磁场强度的板状试样进行了单轴拉伸试验,采用磁学信号特征量研究了中碳钢拉伸损伤过程。通过对试样变形过程磁学信号特征的分析,确定了中碳钢不同拉伸损伤阶段的磁学特性:弹性阶段的磁场强度和初始磁场分布规律一致,在材料由弹性损伤到塑性损伤过渡阶段,磁场强度均值及其标准差出现拐点;在颈缩阶段,磁场强度及其梯度信号明显增大,由此能够判断中碳钢由拉伸弹性损伤状态向屈服损伤状态的转变,以及材料断裂情况的出现,从而对工程中铁磁性构件的破坏性事故做出预警。     

磁致塑性的位错机理

采用佩尔斯-纳巴罗的部分离散位错模型,计算了磁场中直刃型位错的错排能,推导出在静磁场中位错滑移所需克服晶体点阵阻力的最大值--佩-纳力,给出了佩-纳力与磁场强度、材料性质间的关系.结果表明:若材料中的位错具有顺磁性,佩-纳力的值比无磁场时的值减少,位错更容易运动,材料塑性增强.该结论与已有的磁塑效应实验中观察到的现象一致.当磁场为0时,所得佩-纳力的值可退化为已知的原佩-纳力.     

利用GMI效应表征FeCuNbSiB薄带的磁结构

介绍了利用GMI效应表征540℃加不同加张应力退火的FeCuNbSiB薄带的磁结构,并结合磁力显微镜观测法进行分析。实验结果表明:该样品具有横向易磁化结构和纵向易磁化结构的复合结构,随着应力的增大,横向各向异性场呈线性增大,这跟其他研究者的研究结果相一致。采用GMI效应表征软磁材料磁结构的方法是传统磁结构表征方法的一个有益补充。     

高温预熔化晶界位错的结构组态转变的探究

晶体材料的性能受其内部晶界特性的影响。在高温下,晶体材料在晶界上易发生预熔化。本研究采用晶体相场(PFC)方法模拟高温二维六角晶体的晶界预熔化区在双轴加载作用下的结构演化情况。结果显示,晶界位错会发生配对,形成具有对称结构的位错团,一对位错上下排列,另一对位错左右排列,构成4个位错的组合。随着施加的应变增大,晶界位错预熔化区域横向扩展,其形状最初为棒状,逐渐转化为六边形,再转变成“V”形,最后又收缩为六边形。晶界预熔化区的形状变化伴随着内部位错结构的转变,从而发生位错芯扩展,原来上下配对的位错转变为并行排列的位错,左右排列的位错发生扩展滑移,并在左右两端萌生出一对新的位错。当预熔化区域扩展达到横向最宽时,该区域发射一对位错,随后预熔化区域开始收缩,最后又恢复到初始的形状。上述结果表明,位错结构的组态转变对晶体材料的高温变形机制能产生强烈的影响。     

电流对金属超塑性变形中晶内位错形态的影响

在7475铝合金超塑性变形过程中沿拉伸方向对试样通以脉冲电镜，对变形后试样的透射电镜观察发现晶内位错呈顺电子流动方向排列的形态，而且位错密度有增加的迹象，分析认为这种位错形态的产生源于由脉冲电流而引起的电子风对位错段产生的一个类似于外加应力的电子风力，此力促进了位错的运动。由于大部分位错被合金中的沉淀相粒子钉扎住，因此位错的自由端在电子风力的推动下绕沉淀相粒子转动，直至位错线与电流方向平行，另外电子风力也会促进被阻塞在沉淀相粒子处的位错团的移动，从而促进了晶内位错的增殖，提高了位错密度。     

交流磁场下7075铝合金液相线和固相线温度变化

在7075铝合金凝固过程中施加频率为50Hz的交流磁场,磁场强度的变化范围为0 06T,0 09T,0 12T·运用双电桥法分别测定了上述凝固过程的电阻 温度曲线,确定了合金在不同磁场条件下凝固的液相线和固相线温度·实验结果表明:在交流磁场中凝固的合金,其液相线和固相线温度均明显提高,并且结晶温度间隔变小,磁场强度越大,这种变化越明显·与未加磁场的合金相比,经交变磁场处理后的合金,其液相线温度上升了7 5～12 5℃,固相线温度升高了10～20℃·交流磁场作用改变了固液界面前沿液相中的原子团簇向固相跳动时所需克服的势垒,最终导致合金熔点的改变·     

Effect of high magnetic field on the recovery of tempered martensite

Influence of a 12 T high magnetic field on the recovery of tempered martensite in the chromium-containing steel was investigated. The results showed that a high magnetic field caused the percentage of low angle boundaries θ between 5° ~ 8° to increase by about 8%, while correspondingly decreased the percentage of high angle boundaries (>15°) by 9%. With the application of the magnetic field, the strain energy increased due to the higher density of free dislocations in the martensite, which leads to the retardation of recovery and little change in its lath shape due to the inhibition of the transition from low to high angle boundaries to maintain lower energy in the matrix.     

基于金属磁记忆的高铁轮对早期故障检测研究

列车安全性检测是铁路机车车辆工程的重要研究课题。轮对是高速列车行走部的关键部件,传统检测模式只能发现宏观存在的缺陷,而不适用于运行过程中的早期缺陷的发现与状态跟踪。为了实现对早期故障的快速识别与轮对寿命预测,针对传统测试方法在早期检测与动态检测方面的不足,提出了全新的动态检测系统,以满足列车运行的安全要求,还对磁记忆信号与该材料所受载荷状态之间的关系进行了大量的试验研究。研究结果表明：在50~150 kN的载荷区间内,试件的磁记忆信号呈单调变化,变化趋势明显;对试件进行疲劳载荷后发现磁记忆信号的原始值及梯度、峭度等信号特征均有所变化,峭度变化较为明显,能够有效反应材料的疲劳状态。采用金属磁记忆技术进行轮对早期故障检测与动态检测,对于保证列车的运行安全具有重要的现实意义,可为无损检测领域的应用提供借鉴。     

条状晶位错运动的晶体相场模拟

【目的】研究条状晶内不同矢量位错相互作用的情况,以揭示其运动和能量变化规律。【方法】采用晶体相场(PFC)模型,模拟4块取向差较小的条状晶所形成的4条亚晶界在应力作用下的湮没机制,并从位错运动和能量变化角度分析该机制。4条亚晶界中,2条是对称倾侧亚晶界,2条为非对称倾侧亚晶界结构。【结果】取向差较小的条状晶所形成的晶界为亚晶界,亚晶界上双位错组的数量由相邻两晶粒的取向差的大小决定;而在应力作用下,亚晶界的湮没过程主要有3个阶段:位错攀移及体系能量升高的第1阶段,位错分离及体系能量下降的第2阶段,位错相互作用及体系能量波动升高的第3阶段;由于存在非对称倾侧亚晶界,整个湮没过程比对称倾侧亚晶界的湮没过程较复杂一些。【结论】位错的相互作用存在4种情况:两位错相向运动,当位错矢量方向完全相反且在同一直线上时,相遇后发生湮没;位错相向运动,但运动方向不在一条直线上且距离较近,则可以相互吸引,最后依然可以湮没;如果运动方向不在一条直线上且距离较远,则无法相互吸引,它们只会朝着各自的运动方向继续运动;如果运动方向在一条直线上,但是位错方向不完全相同,它们相遇后不会湮没,而是组合形成一个复合位错。     

SA508-Ⅲ钢的氢致脆性行为

采用高温高压气相热充氢方法,将氢充入SA508-Ⅲ钢.在常温下,研究了氢与SA508-Ⅲ钢的拉伸变形行为的交互作用,以澄清钢的氢致脆性机理,为核电用钢的安全设计提供理论依据.结果表明,充氢使钢的屈服强度略升高,而钢的断面收缩率明显降低.充氢后钢的拉伸断口由纯微孔聚集型断口转变为韧窝加河流花样复合型断口.钢的屈服强度升高主要归因于在弹性变形阶段氢对位错的钉扎,从而阻碍了位错开动.然而在塑性变形阶段,氢随可动位错迁移并不断富集于碳化物与基体界面处,当氢浓度达到一定值时,造成碳化物与基体之间的结合强度降低,从而引起钢的塑性降低.     

弱磁场中辉光放电等离子体参数诊断

利用静电探针对弱磁场中直流辉光放电等离子体参数进行了诊断,测量了等离子体的密度和温度．结果表明,离子密度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而升高;电子温度随放电电流的增加而增加,随气压的升高而降低;在磁场中,离子密度随磁场的增强而增大,电子温度随磁场的增加而减小．实验结果与理论计算结果基本趋势相一致．     

小角对称晶界及亚晶界湮没过程的晶体相场模拟

【目的】研究六角相的位错相互作用的情况,以揭示其运动及能量变化规律。【方法】采用晶体相场(Phase-Field Crystal,PFC)模型,模拟小角对称双晶所形成的晶界及亚晶界在应力作用下的湮没机制,并从位错运动及能量变化角度分析该机制。【结果】亚晶界运动分为3个阶段:第一阶段是体系能量增加,反映了位错的攀移和滑移过程,以及生成的亚晶界迁移;第二阶段是体系自由能量降低的阶段,反映了亚晶界位错相互之间靠近吸引,发生湮没的过程;第三阶段是重复前两个阶段,最后位错全部湮没消失,形成完整单晶。【结论】PFC模型能较好地用于研究六角相双晶在施加应力作用下由位错形成的晶界(包括亚晶界)的运动。     

Feasibility Research on Fatigue Damage Evaluation Based on Magnetic Memory Method

To confirm whether Magnetic Memory Method can be used to evaluate the fatigue damage of ferromagnetic part or not, this paper stated the principle of magnetic memory method. Also, the relationship between testing parameter of magnetic memory method and fatigue damage was analyzed based on the experiment. The results show that magnetic memory method can be used to evaluate the fatigue damage represented by stress concentration. However, the relationship between the parameter of magnetic memory method and fatigue damage still needs to be studied.     

利用光泵磁共振测芜湖地区的地磁场

光泵磁共振是利用光抽运效应来研究原子超精细结构塞曼能级间的磁共振．根据光磁共振原理,利用光泵磁共振实验对共振信号进行检测,观测水平磁场和垂直磁场对共振信号的影响．分别通过两种方法测量出地磁场的水平分量和垂直分量,进而将二者合成,得出芜湖地区地磁场强度大小．     

直流梯度磁场对Al合金热电势的影响

研究了Al合金的热电势在直流梯度磁场中的行为.结果发现:在直流梯度磁场作用下,Al-289%Fe合金熔体的热电势降低;关闭磁场,降低的热电势没有立刻回升,而是在保持一段时间不变后,才缓慢恢复到施加磁场前的初始值.温度越高,热电势增速越快,增量越多,回归速度也越快.这种磁效应,在不同温度、不同成分的Al合金熔体(包括纯Al)中被普遍观察到;而在固态纯Al和Al合金中尚未观察到这种效应.在均匀磁场作用下,液态Al合金的热电势也没有发生变化.根据局域理论,定性地解释了磁场对合金熔体热电势的影响.     

Evolution of dislocation patterns and its application in prediction of flow stress

The feature of dislocation patterns generated in plastic deformation is the ordered structure of alternative appearance of high and low dislocation density zones. With regard to the system of edge and screw dislocations, a nonlinear partial differential equation (eq. (13) in the text) including high order terms is established based on the reaction-diffusion equation. The contribution of cross slip of screw dislocations to the edge dislocation density is also considered in the analysis. The established equation has the typical feature of nonlinear system. Therefore, one does not need to deal with the complex expressions of the reaction and generation terms for dislocations. By theoretical analysis, the distance between adjacent high dislocation density zones (cell size or distance between cell wails) is obtained. By using this relationship, the flow stresses of ultrafine grained (UFG)copper and aluminum are predicted. The calculated results are well consistent with the experimental.