高温下与高温后Q550D高强钢材料力学性能试验

高强钢具有强度高、韧性好、可焊性优良等优点,其在土木工程中的应用越来越广泛.高强钢在火灾下的力学性能是钢结构抗火设计的重要影响因素.为获取高温下与高温后Q550D高强钢材料的力学性能,基于稳态试验方法,对Q550D高强钢开展了拉伸试验,考察了不同冷却方式(自然冷却与浸水冷却)与过火温度对Q550D高强钢力学性能的影响,获取了不同温度工况下Q550D高强钢的应力-应变曲线和高温下与高温后各项力学性能参数指标(弹性模量、屈服强度、抗拉强度和极限伸长率)的折减系数,并将试验结果与已有规范和文献结果进行了对比分析.结果表明:高温下Q550D高强钢的弹性模量、屈服强度、抗拉强度随着试验温度的升高而逐渐下降,其折减系数均低于各国规范的取值;当温度超过400℃时,高温下Q550D高强钢的弹性模量、屈服强度和抗拉强度下降明显,当温度超过700℃时,3个力学性能指标均接近于零;不同冷却方式与过火温度对Q550D高强钢的弹性模量影响不大;当温度低于600℃时,高温冷却后Q550D高强钢的屈服强度和抗拉强度的折减并不明显,当温度超过600℃时,屈服强度和抗拉强度显著下降,且自然冷却方式下的下降程度更大;高强钢与普通钢高温冷却后的屈服强度与抗拉强度存在较大差别.     

热处理工艺对NM600耐磨钢板组织性能的影响

为了提高NM600耐磨钢应用于恶劣工况下的耐磨性能,通过正交试验研究各热处理参数,包括淬火温度、淬火保温时间、回火温度、回火保温时间等,对于试验钢组织性能的影响。结果表明,回火温度是抗拉强度、屈服强度、冲击功、布氏硬度最主要的影响因素。随着回火温度升高,伸长率先小幅上升再缓慢下降,抗拉强度、屈服强度、冲击功和布氏硬度均呈下降趋势。试验钢热处理后的微观组织主要是板条马氏体、还有少量的残余奥氏体和碳化物。确定了最佳热处理工艺为:在860℃淬火保温30 min,200℃回火保温60 min。所获得的最优工艺性能为:抗拉强度1 956.2 MPa、屈服强度1 566.7 MPa、伸长率12.7%、-20℃冲击功19.2 J、布氏硬度576.5 HB。     

国产Q550高强钢高温力学性能试验研究

通过稳态拉伸法对国产Q550高强钢高温力学性能进行试验研究,得到20~800℃下钢材的试验现象、力学性能参数、应力-应变关系曲线,并将所得试验结果与国内外相关规范和研究成果对比.试验表明:不同温度下试件破坏时表面及断口形貌区别明显;300℃后随着温度升高,弹性模量、屈服强度、极限强度下降,应力-应变关系曲线的弹性段和强化段缩短,下降段趋于平缓.450℃内高温对断后伸长率影响不大,此后随温度升高断后伸长率急剧增大.现有钢材高温力学性能参数模型对国产Q550高强钢并不适用.因此,分别采用多项式模型和美国国家标准与技术研究院的钢材高温通用材料模型进行拟合,得到高温下Q550高强钢力学性能参数的数学模型.     

时效温度对大型客机保险销延性断裂性能的影响

以大型客机发动机吊挂保险销原材料15-5PH沉淀硬化不锈钢为研究对象,依据材料规范AMS5659对固溶态15-5PH原材料进行热处理,分别对不同温度热处理后材料进行圆棒材料拉伸试验,通过曲线拟合获得了热处理温度对材料屈服强度、抗拉强度、损伤起始塑性应变及断裂塑性应变的影响规律。分别对不同温度热处理后材料进行剪切试验,研究了不同炉批次15-5PH材料剪切强度的影响。结果表明:热处理温度升高造成材料内残余奥氏体增加,材料屈服强度、抗拉强度、剪切强度均逐渐降低,但材料的塑性变形能力增强,损伤起始塑性应变及断裂应变均逐渐增加。     

TSZ410铁素体不锈钢的高温力学性能试验

通过对TSZ410铁素体不锈钢进行高温稳态试验研究,得到了高温下初始弹性模量、名义屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等主要力学性能指标,对比分析了Rasmussen模型和Gardner模型,并基于Rasmussen模型,提出了TSZ410不锈钢硬化指数的计算公式,建立了高温应力-应变本构关系,并与Q235B、S30408奥氏体不锈钢、EN 1.4003不锈钢进行了对比,研究揭示了温度对其力学性能的影响规律。研究表明,TSZ410不锈钢的初始弹性模量、名义屈服强度、抗拉强度随着温度的升高而逐渐下降,特别是在400～700℃温度段的下降速度最为显著;温度700℃时,初始弹性模量约为常温下的40%,名义屈服强度和抗拉强度降为常温下的15%左右。TSZ410不锈钢在高温下强度损失明显大于Q235B,而刚度损失明显小于Q235B;在温度低于500℃时,TSZ410不锈钢的强度损失显著小于S30408奥氏体不锈钢;当温度高于500℃后,则相反。     

高强度螺栓高温后材料性能试验研究

为考察高强度螺栓高温后材料力学性能，对10.9级M22大六角头高强度螺栓高温冷却后试样进行拉伸试验，研究了不同加热温度、不同冷却方式下高强度螺栓材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量的变化规律.结果表明，两种冷却方式下，高强度螺栓材料力学性能的变化规律基本一致，当加热温度不超过400℃时，高强度螺栓材料的屈服强度、抗拉强度基本不受加热温度的影响；当温度不超过300℃时，弹性模量基本不变.随着温度升高，高强度螺栓材料的屈服强度、抗拉强度、弹性模量迅速下降，当温度达到600℃时，高强度螺栓材料的屈服强度、抗拉强度、弹性模量下降到常温的70%～78%.根据试验结果，拟合得到高强度螺栓高温后材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量的折减系数计算公式.屈服强度、抗拉强度的折减系数结果与部分文献的结果一致，但弹性模量折减系数相差较大，有待进一步研究.     

低温退火对锡磷青铜C5191组织和机械性能的影响

通过对锡磷青铜C5191在均匀化热处理后进行不同温度的低温热处理,并利用金相显微镜表征材料组织结构,以电子万能材料试验机测试机械性能,考察了热处理温度对锡磷青铜C5191组织结构和机械性能的影响.结果表明:锡磷青铜C5191在230℃、220℃、210℃和200℃低温热处理4h后,与未进行低温热处理的锡磷青铜C5191相比,屈服强度得到提高.随着低温热处理的温度下降,延伸率随之下降,而抗拉强度未发生明显变化,屈强比得到显著提高.在200℃热处理4h后,合金的晶粒细化程度最佳,抗拉强度为625MPa,屈服强度达到594MPa,屈强比为0.95,符合高性能锡磷青铜材料的要求.     

高温后结构钢力学性能试验

为了研究结构钢高温后材料力学性能变化规律,对Q 235结构钢加热至不同高温,再经不同方式冷却后进行了力学性能试验。试验表明:结构钢经不同高温冷却后,有显著热变色反映;高温后的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等力学性能变化程度主要与曾经历的最高温度和冷却方式有关。根据试验结果,编制了高温后钢材热变色图谱,提出了高温后结构钢的屈服强度、抗拉强度计算公式,对高温后弹性模量的取值提出了建议。研究成果可供火灾后钢结构损伤评估和加固分析时参考。     

铝含量和退火温度对锆铝合金组织性能的影响

为丰富空间结构材料种类,扩大Zr合金的应用范围,利用非自耗电弧炉熔炼了Al含量分别为2%,3%和4%（质量分数）的Zr-Al二元合金,在真空管式炉内分别进行750 ℃和800 ℃保温4 h的退火处理,借助光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析合金的微观组织和断口形貌,并进行硬度测定和拉伸试验。结果表明：经750 ℃保温4 h退火处理后,Zr-4Al合金的铸态组织由α-Zr和Zr₂Al转变为α-Zr和塑性更好的Zr₃Al相;在相同热处理条件下,随着Al含量的增加,合金的硬度及抗拉强度升高,延伸率下降;当Al含量相同时,随着热处理温度的升高,合金硬度、抗拉强度及延伸率下降。因此,采用向Zr中添加适量Al元素并辅之热处理的方法,可制备一种新型的Zr-Al合金,为开发新型空间结构材料提供了一种新思路。     

考虑火灾影响的钢材双曲面模型及力学分析

通过对现有试验数据的总结,研究了过火后钢材的弹性模量、屈服强度、极限强度、断后延伸率、屈服平台结束时刻的切线模量等重要参数的变化规律;考察了过火温度、冷却方式等因素对钢材弹塑性力学行为的影响,并构建了考虑火灾影响的钢材双曲面本构模型;通过对过火后钢桥墩的弹塑性力学行为进行分析,研究了火灾后结构承载能力的变化.结果表明:钢材在超过500℃的高温冷却后各力学参数均呈现下降趋势,且离散性特别大;受火后钢材塑性耗能和承载能力大幅下降,自然冷却条件下钢材残余承载力比浸水冷却更低;钢桥墩受火冷却后承载能力下降明显,最大可下降50%以上.     

发动机缸盖用铸造铝硅合金的成分优化与组织性能研究

采用正交试验对ZL101合金进行了成分优化设计，并分析了合金元素对铝硅合金力学性能的影响.对改良后的合金进行了热处理工艺研究，其最佳热处理工艺条件为：500 ℃×5.5 h+180 ℃×5 h.研究结果表明，改良合金在铸态下的力学性能为：抗拉强度为244.57 MPa，伸长率为5.95%，硬度为75.1 HB；在T6态下的力学性能为：抗拉强度为397.92 MPa，伸长率为4.68%，硬度为141.2 HB.     

热处理对CLAM钢TIG焊接接头显微组织影响

采用TIG焊接方法对中国低活化马氏体钢(CLAM 钢)进行了平板对接试验,分别对焊接接头采用不同温度的焊后热处理,试验温度分别为610,660,710,760,810℃,保温30 min.结果表明,焊后进行热处理与不做热处理两种情况下,CLAM钢焊接接头微观形貌和硬度存在很大不同;随温度增加,焊接接头焊缝中马氏体板条分布及尺寸均匀性得到提高,热处理温度710℃以上时板条均匀性最好,但晶粒尺寸与板条也会随温度升高而长大.焊后热处理使焊接接头各部分硬度随热处理温度的升高而逐渐降低,焊缝金属硬度下降值比母材和焊缝热影响区大得多,尤其在810℃时焊缝金属硬度下降值最大,降至与母材硬度相当.     

一种活塞环用钴基高温合金的热处理研究

本文研究了不同热处理时效温度和时效时间对一种活塞环用钴基高温合金的抗拉强度、延伸率、硬度及组织的影响。结果表明：随着时效温度的升高,合金的强度和塑性都逐渐增加,在600℃时效合金的抗拉强度达到最大值969.5MPa;合金的硬度则先增大后减小,在650℃时效硬度达到最大值HRC42.8,但此时合金发生明显脆化;随着时效时间的延长,合金的硬度逐渐提高,当时效时间超过120min后,合金的硬度趋于稳定。     

超高强度冷轧双相钢组织与性能

在Gleeble-3500热模拟试验机上进行冷轧超高强度双相钢的连续退火工艺研究,利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验研究了连续退火过程中各个参数对1 000 MPa级冷轧双相钢组织性能的影响.结果表明:试验用钢在退火温度800℃下保温80 s,可以得到抗拉强度为1030MPa、延伸率为14%超高强双相钢;随着退火温度的升高,屈服强度和抗拉强度降低.当退火温度为830℃时,显微组织中粒状的非马氏体组织明显增多.过时效温度低于300℃时,屈服强度和抗拉强度变化不大;当过时效温度超过300℃时,抗拉强度急剧下降,屈服强度先降低后升高,在过时效温度为360℃时开始出现屈服平台.     

新型细晶强化Q460级宽厚板的TMCP工艺研究

以国内某厂新型细晶强化Q460级宽厚板的研发为背景,通过热轧试验,研究终轧温度、轧后冷却速度对试验Q460级钢力学性能的影响规律.结果表明,降低终轧温度可以提高试验Q460级钢的屈服强度和抗拉强度(对韧性无负面影响);轧后冷却速度越快, 铁素体晶粒越细,越有利于材料力学性能的提高,但冷却速度超过15℃/s易发生贝氏体转变,使材料的冲击韧性和延伸率降低.     

热处理工艺对Al-Mg-Si铝合金组织与力学性能的影响

本文采用万用试验机器、扫描电镜、透射电子显微镜等,研究了热处理工艺对Al-Mg-Si铝合金组织与力学性能的影响。通过对显微组织、硬度、抗拉强度、冲击韧性等试验结果分析发现,均匀化处理温度对微观组织影响不大,对其硬度和拉伸试验结果影响并不大;而深冷处理可以提高析出相的形成,增加位错密度,从而提高了硬度、抗拉强度和屈服强度。     

铅黄铜组织和性能的改善

通过对不同回火温度、冷却条件下C3604铅黄铜的组织性能研究,为生产提供了热处理的理论依据.研究发现：冷却速度越快,β相越多、越大;反之,β相越少、越细小,Pb分布也越均匀、弥散;500℃回火,晶粒长大较多,抗拉强度和硬度急剧下降;400℃以下回火,晶粒长大不明显,抗拉强度和硬度下降很少.     

高温下钢筋与混凝土的黏结性能试验与分析

为研究钢筋混凝土构件在高温下的黏结性能,制作了25个中心拉拔试件及8个温度场试件,同时制作了标准立方体试块.对钢筋、标准立方体试块及中心拉拔试件分别进行室温(20℃)、100℃、200℃、400℃和600℃加温,完成了高温后钢筋抗拉强度试验、高温下标准立方体试块劈裂抗拉强度试验、温度场试验及中心拉拔试验.根据温度场试验研究结果,提出一种简易的高温下中心拉拔试验的方法,阐述不同温度下钢筋强度、混凝土抗拉劈裂强度及钢筋与混凝土黏结性能的退化规律,并从混凝土的力学性能退化角度分析了高温环境对黏结强度的影响,并以割线刚度的方法定量地研究了高温对黏结刚度的影响.试验结果表明:高温后钢筋强度在低于400℃时变化不大,高温下混凝土劈裂抗拉强度基本呈线性下降,且高温下钢筋与混凝土的黏结强度变化趋势与混凝土抗拉强度衰减趋势相近.以滑移量0.015mm为临界点,黏结刚度与温度的关系曲线呈现两种不同变化形式.     

热处理工艺对NM500耐磨钢组织和力学性能的影响

通过扫描电子显微镜,电子背散射衍射、透射电子显微镜以及力学分析等方法研究了在线淬火–回火(DQ-T)和再加热淬火–回火(RQ-T)对NM500耐磨钢组织和性能的影响,并讨论了不同热处理工艺的强化机理.发现试样经过不同的热处理工艺后在较高的强度下均能保持良好的韧性.由于位错密度的增加和更细的马氏体板条束尺寸,DQ-T试样的抗拉强度和硬度明显高于RQ-T试样,但是强度的增加并没有造成韧性和塑性急剧的降低.再加热淬火温度对RQ-T试样的强度影响较大,当淬火温度较低时,马氏体板条束得到细化,这种细晶强化作用有效地提高了RQ-T试样的强度.     

钢材在不同应变率下力学性能的试验研究

通过INSTRON拉伸试验机和HTM5020型高速拉伸试验机开展Q235钢材的准静态和高速拉伸试验,研究钢材的动态力学性能.结果表明:Q235钢材为应变率敏感型材料,随着应变率的提高,钢材的屈服强度和极限强度明显提高,钢材的应变硬化特征发生显著变化,其名义屈服强度和名义抗拉强度的动力放大系数与应变率之间满足CowperSymonds模型.基于钢材颈缩前的真实应力应变关系,提出了修正的Johnson-Cook模型,该模型可更合理地描述Q235钢应变率效应与应变硬化效应耦合现象.