铝合金薄板在疲劳载荷下孔洞聚合试验中的材料损失

此文是航空铝合金薄板在疲劳载荷下2个相邻孔洞聚合的系列试验研究之一.研究发现:在某些情况下,2条初始的疲劳裂纹几乎同时产生在应力集中程度较高的2个相邻孔洞之间的区域,在2个孔洞内边缘各产生一条裂纹,同时在疲劳载荷下扩展,相互不连接,直至到达对方孔洞的边缘,也就是说孔洞的聚合是由2条裂纹导致的,而不是通常的由一条裂纹导致,最终孔洞的聚合导致大块材料的损失,而2个孔洞外边缘的疲劳裂纹在孔洞聚合导致材料损失后才继续扩展.这是一个新现象,超出了疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的弹塑性分析理论来解释.     

微孔洞在材料表面的深度变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响规律研究

采用线弹性有限元法模拟分析了微孔洞相对材料表面深度的变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响,研究结果表明:微孔洞直径尺寸大小仅影响相应的应力集中分布区域的大小,而微孔洞相对材料表面深度的位置决定了其最大应力集中系数的大小.当微孔洞处于材料表面下并与表面相切时,应力集中系数达到最大值,当微孔洞相对材料表面深度的位置偏离此位置时,应力集中系数急剧下降.研究结果合理解释了实验中观察到的疲劳裂纹在微孔洞处萌生现象,即疲劳裂纹优先在与样品表面相切上半部的微孔洞上萌生,尤其在样品表面下且与表面相切的微孔洞处.     

不同应力下7B04铝合金的疲劳断口

采用金相、电镜扫描显微技术对不同应力下铝合金的疲劳断口显微组织进行分析和对比研究,揭示该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。研究结果表明:疲劳裂纹一般在材料表面或近表面处萌生,与表面的距离随加载应力升高而减小,在应力为285MPa时裂纹于距表面约250μm处萌生,而在430MPa时裂纹萌生于材料表面;在裂纹源附近观察不到疲劳辉纹,且加载应力越高,这个区域的面积就越小,而裂纹扩展区的疲劳辉纹间距随应力的增大而增大;裂纹形成后,微裂纹沿着与应力轴呈45°角的最大切应力方向向纵深扩展,然后转向与拉应力轴正交的方向扩展,最后瞬断,且随着应力的增大,断口上疲劳裂纹扩展区的面积减小,瞬断区的面积增大。     

AA2524-T34铝合金的微观结构与疲劳裂纹萌生机制

通过对新型铝合金AA2524-T34的四点弯曲疲劳实验,结合光学显微镜和电子扫描电镜(SEM),对疲劳试样表面和疲劳断口进行了微观观测,研究了材料的微观结构及在不同相对湿度下材料的疲劳裂纹萌生机制.实验应力比0.1,加载频率15 Hz,实验相对湿度15%和95%.结果显示实验材料呈现了完全再结晶的层状晶粒结构,晶粒沿着轧制方向被拉长,并较为平坦.不同相对湿度下,多数疲劳裂纹萌生于材料中含Fe的粗大的β相粒子,同时伴有少量的滑移带裂纹形核、材料缺陷裂纹形核等;高相对湿度下,可见裂纹沿晶界启裂.     

服役U71Mn钢轨疲劳裂纹萌生及扩展分析

采用HV-1000型显微维氏硬度计、光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等手段,研究了服役后U71Mn钢轨表层力学性能、轨距角处的显微组织以及裂纹萌生和扩展机理.结果表明:钢轨表层轨距角处的硬化程度最严重,并且该区域沿列车运行方向呈现出较为严重的剪切塑性变形,裂纹容易在该处萌生.钢轨轨距角处的裂纹萌生受到表层切应力分布状态、表面摩擦因数以及表层夹杂物等的综合影响,钢轨表层受到循环应力的反复作用,在加工硬化的作用下材料局部发生硬化,塑韧性降低,另外钢轨表层有大量长条状的MnS夹杂物,这些因素都极大地促进了疲劳裂纹的萌生.轨距角处的裂纹沿着钢轨表层剪切塑性变形的方向扩展,主要方式是穿晶扩展,裂纹间隙中较多的氧化物对裂纹扩展有较大的促进作用.     

航空铝合金预腐蚀疲劳寿命退化规律

航空铝合金材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过采用扫描电镜及疲劳寿命测试等方法,研究了不同预腐蚀损伤对2xxx铝合金在不同应力比下疲劳寿命的影响,探讨了预腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生扩展的影响机理.结果表明:预腐蚀损伤对2xxx铝合金材料疲劳寿命的影响显著,材料的疲劳性能随着腐蚀损伤程度的增加而明显下降.同时建立了预腐蚀损伤对材料疲劳极限的影响系数C-T-R模型,材料疲劳极限的影响系数C随着预腐蚀时间的增加或者应力比R的增加而变大.断口分析表明,预腐蚀损伤的存在导致裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹萌生由单源转变为多源,并且均萌生于腐蚀坑处.     

多层喷射沉积的传热凝固规律研究

在传统的喷射沉积工艺理论研究的基础上,研究了多层喷射沉积工艺中雾化与沉积阶段特有的传热凝固规律.由于多层喷射沉积的凝固特征为液相分数很高的雾化颗粒流在固态的沉积表面高速碰撞铺展成薄层,粘结和急冷凝固有机结合,使得多层喷射沉积坯的冷却速度不仅远大于传统喷射沉积坯的冷却速度,而且大于气体雾化粉末颗粒的冷速.文章采用GrantP.S理论对多层喷射沉积坯进行了热流分析.根据公式进行传热计算,得出了多层喷射沉积坯的冷却速度为1.3×104～1.2×106K/s.另外,根据铝合金沉积坯二次枝晶臂间距与冷却速度关系,得出枝晶臂间距为0.6μm,对应冷却速度为5×105K/s.同时坯料的显微组织特征支持了传热计算结果.     

机械振动对挤压铸造A356铝合金组织与性能的影响

研究了挤压铸造过程中机械振动对A356铝合金材料显微组织与力学性能的影响规律,并对机械振动击碎枝晶的作用机理进行了阐述。结果表明:施加机械振动能够有效地消除材料缩松缩孔及断面裂纹,减少甚至消除挤压铸造铝合金铸锭的微观孔洞,细化晶粒组织,使得组织更加均匀;挤压铸造凝固初期,机械振动能够在很大程度上破碎二次枝晶臂,增加材料的形核率;试验值与理论值的对比分析表明,Kirkwood模型具有更高的精度;机械振动能够提高材料的力学性能,相较于重力铸造与无振动挤压铸造而言,所得铸件的抗拉强度与延伸率均有一定提高.     

高碳钢小方坯的一次枝晶臂间距的影响因素

高碳钢小方坯显微凝固组织的研究表明:一次枝晶臂在凝固过程中不断粗化变短;碳含量高,容易形成长宽比小的一次枝晶,并且一次枝晶臂间距增宽,容易形成粗大的柱状晶组织;过热度高,易形成粗大的一次枝晶,一次枝晶臂间距增宽;拉速慢,容易形成细长的一次枝晶,一次枝晶臂间距减少;二次冷却水流量比增加,易形成细长的一次枝晶,一次枝晶臂间距降低.结晶器电磁搅拌可显著降低一次枝晶臂长宽比,并减小一次枝晶臂间距;搅拌电流增加,则一次枝晶臂间距减小效果更明显.     

回火温度对40Cr钢疲劳损伤特性的影响

研究了不同回火温度下40Cr钢的高周疲劳损伤特性.通过损伤量的变化测量和扫描电镜下损伤不同阶段微观组织的观察,分析回火温度对疲劳损伤特性的影响.实验结果表明,结构钢材料在高周疲劳载荷作用下,疲劳损伤过程分为3个阶段,即微孔洞萌生区、微裂纹萌生区、宏观裂纹萌生区.疲劳裂纹的萌生期随着回火温度的升高而增加,在本实验的载荷作用下,高温回火的40Cr钢的裂纹萌生期在3万周以上,中温回火的裂纹萌生在2.8万周,而低温回火的裂纹萌生期在2万周.     

冷却速率对奥氏体不锈钢凝固过程影响的原位观察

通过采用激光共聚焦扫描显微镜对AISI304奥氏体不锈钢的凝固过程进行了原位动态观察研究.发现当冷却速率为0.05℃.s-1时,奥氏体不锈钢以胞状晶方式凝固,其凝固模式为FA模式,即δ铁素体相先从液相中形核并长大,γ相在1 448.9℃时通过与液相发生包晶反应（L＋δ→γ）在δ铁素体相界形成,当温度降到1 431.3℃时液相消失,δ铁素体相通过固态相变转变为γ相,富Cr贫Ni的残留铁素体位于胞状晶之间.当冷却速率为3.0℃.s-1时,奥氏体不锈钢以枝晶方式生长,冷却到1346.4℃时包晶反应在液相与δ铁素体相界之间进行,其残留铁素体位于枝晶干,与冷却速率为0.05℃.s-1时相比,其残留铁素体的数量增多,残留铁素体富Cr贫Ni的程度减轻.     

Z3CN20—09M铸造奥氏体不锈钢的低周疲劳行为

采用径向应变控制研究了Z3CN20-09M奥氏体不锈钢在室温和350℃高温下的低周疲劳行为．Z3CN20-09M不锈钢表现为先硬化后软化的循环特性,但硬化的程度取决于温度和应变幅．随着应变幅的增加,Z3CN20-09M钢的低周疲劳循环寿命逐渐减短,而相同循环次数下应力幅也随之提高．温度对Z3CN20-09M钢的低周疲劳行为影响较大,与室温相比高温下的循环硬化程度更高,相同应变幅下高温的低周疲劳寿命也高于常温下的寿命．通过疲劳实验的原位观察发现,奥氏体内的滑移面、夹杂物及奥氏体和铁素体两相的界面是疲劳裂纹可能的形核位置,奥氏体和铁素体两相的不协调变形使相界处产生应力集中,导致疲劳裂纹容易沿两相界面扩展．     

高锰酸钾灭活铜绿微囊藻及胞内毒素释放机制

采用高锰酸钾对微囊藻毒素MC-LR进行氧化试验,结果表明MC-LR氧化降解符合二级动力学模型,铜绿微囊藻细胞外代谢有机物(EOM)和细胞内代谢有机物(IOM)背景下,MC-LR降解速率常数分别为368.3(mol·L-1)-1·s-1和400.2(mol·L-1)-1·s-1.同时,采用高锰酸钾对铜绿微囊藻进行预氧化试验,研究不同氧化剂投加量、氧化时间对铜绿微囊藻活性、藻毒素MC-LR的释放的影响.结果表明,高锰酸钾对藻活性、细胞内MC-LR的释放均符合二级动力学模型.氧化过程中存在两个氧化剂暴露剂量临界点,细胞灭活临界点及毒素释放临界点.细胞灭活临界点之前氧化剂主要与EOM和藻细胞细胞壁上的分泌物反应,藻活性缓慢降低,细胞灭活临界点之后,氧化剂直接与细胞壁反应,导致藻细胞迅速丧失活性,同时藻活性下降速率常数由0.49~2.35(mol·L-1)-1·s-1突变至5.00~19.38(mol·L-1)-1·s-1.毒素释放临界点之前藻细胞基本保持完整,MC-LR释放不明显,毒素释放临界点处藻细胞发生明显破裂和溶解,细胞内MC-LR大量释放,同时,MC-LR释放速率常数在临界点前后由0.55~1.45(mol·L-1)-1·s-1突变至0.96~14.45(mol·L-1)-1·s-1.3维荧光光谱(EEM)分析发现,当高锰酸钾暴露剂量达到细胞灭活临界点时,EOM中类腐殖质峰开始出现,暴露剂量达到毒素释放临界点时,类腐殖质峰显著增加,与藻细胞活性及胞内MC-LR释放规律类似.     

Al对热挤压模具钢 SDAH13连续冷却转变规律的影响

采用热膨胀仪测定Al质量分数分别为0.77%和1.43%以及无Al的热挤压模具钢SDAH13的连续冷却转变曲线,并结合光学显微镜、扫描电镜及显微硬度仪分析Al元素对SDAH13钢相变点、连续转变规律、组织以及硬度的影响.结果表明：Al元素显著提高SDAH13钢的Ac1、Ac3和Ms点,降低淬火残留奥氏体含量,同时扩大铁素体及奥氏体两相区.在1060℃奥氏体化温度下,Al元素对SDAH13钢贝氏体相变的临界冷速(0.30℃·s-1)无明显影响,但使贝氏体相区变宽,Al质量分数分别为0.77%和1.43%的SDAH13钢的珠光体相变的临界冷速(0.05℃·s-1和0.3℃·s-1)均高于无Al的SDAH13钢的临界冷速(0.02℃·s-1),且Al质量分数为1.43%的SDAH13钢在0.02~0.08℃·s-1冷速下出现先共析铁素体组织. Al的加入还使SDAH13钢淬火硬度有所降低.     

耦合多物种生态流速的生态需水计算方法

河流生态恢复是经济可持续发展的关键,生态需水满足是河流生态系统稳定的前提.生态需水研究是目前生态学和水文学、水资源学研究的热点,国内外学者从不同角度出发提出了多种计算生态需水的方法,并基于这些方法对不同尺度研究区进行了生态需水量的研究计算.但在现有计算方法中缺乏针对多个物种流速需求耦合的研究,会对计算结果的准确性产生影响,继而影响流域水资源调控.本文针对此问题引入优势度指数建立多物种生态流速耦合模型,为生态需水的计算提供契合生态系统整体需求的解决方案.该方法不受地域因素影响,具有较广的适用性.应用于小清河流域3个典型断面——黄台桥、岔河、石村,结果显示:黄台桥断面生态需水为12.33m~3·s~(-1);岔河断面生态需水为4.40m~3·s~(-1);石村断面生态需水为14.53m~3·s~(-1).与Tennant法对比,本研究方法计算结果合理,且更能反映鱼类种群,而非单一物种对水量的实际需求.     

Liquid-solid interface control of BFe10-1-1 cupronickel alloy tubes during HCCM horizontal continuous casting and its effect on the microstructure and properties

Based on horizontal continuous casting with a heating-cooling combined mold (HCCM) technology, this article investigated the effects of processing parameters on the liquid-solid interface (LSI) position and the influence of LSI position on the surface quality, microstructure, texture, and mechanical properties of a BFe10-1-1 tube (?50 mm × 5 mm). HCCM efficiently improves the temperature gradient in front of the LSI. Through controlling the LSI position, the radial columnar-grained microstructure that is commonly generated by cooling mold casting can be eliminated, and the axial columnar-grained microstructure can be obtained. Under the condition of 1250℃ melting and holding temperature, 1200–1250℃ mold heating temperature, 50–80 mm/min mean drawing speed, and 500–700 L/h cooling water flow rate, the LSI position is located at the middle of the transition zone or near the entrance of the cooling section, and the as-cast tube not only has a strong axial columnar-grained microstructure \((\{ hkl\} < 6\bar 21 > , \{ hkl\} < 2\bar 21 > )\) due to strong axial heating conduction during solidification but also has smooth internal and external surfaces without cracks, scratches, and other macroscopic defects due to short solidified shell length and short contact length between the tube and the mold at high temperature. The elongation and tensile strength of the tube are 46.0%–47.2% and 210–221 MPa, respectively, which can be directly used for the subsequent cold-large-strain processing.     

Effect of cooling rate on the phase transformation and stability of the mushy zone during the solidification of Waspaloy

Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDAX) were used to study the microstructure, microsegregation, and fluid flow tendency of the superalloy Waspaloy in the mushy zone, which had been solidified at different cooling rates. The investigation was accompanied with the calculation of Rayleigh numbers. It is found that Ti is the main segregating element and the content of Ti is the highest in the final liquid at the cooling rates of 3–6℃/min. The eta phase (η) precipitate presented in the residual liquid at the cooling rates higher than 6 ℃/min is responsible for the fluctuations in the curves of Ti content. The dendrite arm spacing is found to markedly decrease with the increase of cooling rate. The maximum relative Rayleigh number occurs at 10–20℃ below the liquidus temperature at a cooling rate of 1℃/min, where the mushy zone is most unstable and fluid flow is most prone to occur.     

高品质车轮钢二冷区冷却方式

为了探索高品质低成本车轮钢生产工艺,比较了两种二冷区冷却方式(气雾冷却和全水冷却)对车轮钢铸坯表面温度、凝固组织与宏观偏析的影响.结果表明:两种冷却方式下的二冷区矫直段铸坯表面温度均高于950℃,处于高温塑性区,可避免产生矫直裂纹;两种冷却方式均得到了均匀对称的凝固组织;虽然气雾冷却可略微增加等轴晶比例和降低铸坯中心偏析,但是使铸坯枝晶间距变得较为粗大,并且加重了1/2半径附近处的偏析,对随后的加工和成品的质量更为不利.综合考虑实验结果和生产成本,认为全水冷却方式更适合高品质车轮钢的生产.     

浇注温度对GH625 合金铸态显微组织的影响

基于Thermo-Calc热力学模拟软件、扫描电镜和能谱仪等实验手段,研究GH625合金铸态试样棒的显微组织,并对比讨论浇注温度对其显微组织的影响规律. GH625合金的铸态显微组织为发达的树枝晶,枝晶间可见δ相与M6C型碳化物伴生析出. 一次枝晶臂间距λ1 和二次枝晶臂间距λ2 均随着浇注温度的升高而增大,而枝晶偏析程度则同时受扩散时间和扩散距离两方面因素的共同作用,综合相互作用导致1420℃浇注试样里Nb元素高度偏析,为枝晶间δ相的大量析出提供有利的浓度条件. 因此,在制定浇注工艺时,需要综合考虑扩散时间和扩散距离的影响程度,选取合适的浇注温度(或者冷却速率).     

土壤干旱胁迫对云锦杜鹃水分利用效率的影响

以盆栽5年生云锦杜鹃苗木为材料,分对照(土壤水分含量为最大田间持水量的75%~80%)、轻度胁迫(60%~65%)、中度胁迫(45%~50%)、重度胁迫(30%~35%)4组,研究了土壤干旱对水分利用效率等生理指标的影响,结果表明:随着干旱胁迫的加重,叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度依次降低,水分利用效率在轻度胁迫下增高,在重度胁迫下降低.高温使净光合速率降低,蒸腾速率升高,水分利用效率进一步降低.