低碳钢内裂纹热愈合时的耗散结构

为研究钢内裂纹愈合机理,对经过热愈合处理的稀土Q235钻孔压缩试样的组织进行了光学显微镜和SEM电镜观察与分析.结果表明,低碳钢在热愈合过程中产生了两类耗散结构特征:基体中片状珠光体的溶解;裂纹愈合区组织的形成.分析认为,含内裂纹的低碳钢是远离平衡态的开放系统,热愈合过程中存在着反应扩散非线性基本条件,存在浓度起伏、结构起伏、能量起伏等涨落因素,因此导致了材料内部有序耗散结构的产生.     

描述裂纹愈合过程的内变量

在连续介质热力学框架内，以热力学第二定律为出发点，推导出裂纹愈合耗散不等式，确定了描述裂纹愈合过程的热力学内变量H的定义形式．裂纹愈合过程内变量的提出，不仅可以将裂纹愈合过程模型化，而且还可以建立裂纹愈合过程的演化方程和本构方程，为裂纹愈合过程的定量分析提供可能性．     

微裂纹愈合过程的分子动力学模拟

对铝单晶中心贯穿微裂纹的愈合过程进行了分子动力学模拟.结果表明,当加热温度超过临界温度,或外加压应力K1超过临界值时微裂纹将完全愈合.在裂纹愈合过程中伴随着位错的产生和运动,以及孪晶和空位的产生及变迁.裂纹愈合的临界温度和裂纹面的相对取向有关;沿滑移面的裂纹最容易愈合.如果晶内预先存在位错(预先塑性变形),则可使裂纹愈合的临界温度明显降低.裂纹愈合的能量关系为πσ2(1-v2)/E+TS/A≥2γ+γp*,其中σ为压应力,T为温度,S为熵,A为裂纹面积,γ为表面能,γp*为塑变功.     

大型锻件的质量控制

从钢锭的加热、锻造、锻后处理三方面提出控制大锻件质量的方案要。     

大型锻件夹杂性缺陷的形成及控制锻造工艺

为合理控制实际生产中大型锻件内部缺陷的变化过程 ,使其各项性能满足检验标准 ,采用物理模拟技术研究了饼、块类锻件较为严重的夹杂性缺陷在塑性成形中的变化规律 ,系统分析了其形成过程及影响要素 ,据此论述了有效控制夹杂性缺陷的锻造方法 ,并将其初步用于实际生产 ,改善了产品内在质量 ,取得了满意效果。研究表明 :造成探伤超标的塑性夹杂性裂纹伴生于孔隙性缺陷闭合的大变形过程中 ,通过控制锻造工艺获得满足产品使用要求的优质锻件是塑性加工学科的重要发展方向     

大型锻件淬冷过程数值模拟与实验验证

为了了解和分析大型锻件在淬火过程中温度和组织场等的变化情况,应用非线性有限元软件MSC.Marc及其二次开发功能建立了二维有限元模型.综合考虑相变与温度的耦合关系、相变热的影响和热物性参数的非线性等问题,获得锻件淬火过程1/4截面上瞬态温度场和组织场的变化云图.材料的TTT转变曲线在AutoCAD软件环境下通过开发的程序实现动态调用.以35CrMo钢长圆柱大型锻件为对象,模拟了其淬火过程中温度和组织的转变过程.比较计算得到的温度曲线和实际测量结果表明,两者吻合较好.     

大型锻件长度尺寸测量系统的试验研究

提出了一种用激光测量大型锻件热态长度尺寸的原理和方法；给出了实验结果；对影响测量精度的若干因素进行了分析与计算．     

加热温度及保温时间对结构钢内部裂纹愈合的影响

目的研究加热温度及保温时间对钢内部裂纹愈合的影响,为钢内部裂纹愈合处理提供理论依据,以促进钢材的智能化、提高其使用寿命。方法用钻孔压缩法在试样内部引入裂纹,然后对含内部裂纹的试样进行不同加热温度和不同保温时间的空冷处理,采用金相显微镜及扫描电镜观察分析裂纹愈合程度。结果裂纹愈合区是由铁素体构成的细晶愈合带,随加热温度升高及保温时间延长愈合带变窄。结论随加热温度升高及保温时间延长裂纹愈合程度增加;温度是影响裂纹愈合的主要因素,而加热时间的影响次之;裂纹愈合存在临界温度,此临界温度应大于该材料的最低再结晶温度。     

轧件内部裂纹的模拟实验方法与愈合行为

提出一种预置轧件内部裂纹的模拟实验新方法,即钻孔填充法,将其用于普碳钢中厚板内部裂纹的预置,并对其愈合行为进行轧制实验研究.研究了位于轧件中心、厚度方向三分之一处等位置的裂纹愈合情况.实验结果表明,压下率达到50%以上、开轧温度在1100℃时,内部裂纹可完全愈合;且位于轧件厚向中心位置裂纹的愈合程度好于其他位置,采用缓冷方式时裂纹的愈合程度好于空冷.对轧制过程中裂纹愈合的机理进行了分析,认为在轧制变形条件下,压应力状态为裂纹愈合提供了静力学条件,塑性变形过程中大量原子的定向运动,为裂纹愈合提供了物质补给条件,裂纹两侧的金属原子更容易找到新的平衡位置,形成统一的晶格点阵,从而实现裂纹愈合.     

浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征试验研究

为解决浅埋煤层的保水开采难题,采用物理模拟方法,研究了浅埋煤层大采高长壁工作面的采动覆岩导水通道的分布特征.结果表明:对于典型浅埋煤层,大采高工作面在初次来压至第一次周期来压期间,覆岩导水通道迅速发育至松散含水层底部,工作面后方约2个周期来压距离后,采空区覆岩垮落带以上的覆岩导水通道被逐渐压实闭合,但开切眼处的导水通道不易闭合;对于次浅埋煤层,主关键层初次来压后,导水通道迅速发育至最大高度,但伴随着主关键层约1～2个周期来压后,基本顶至主关键层之间断裂带内的覆岩导水通道可很快被压实闭合.该成果可对浅埋煤层保水防溃采煤研究和应用提供基础理论指导.     

Molecular dynamics simulation of microcrack healing in aluminium

The molecular dynamics method is used to simulate microcrack healing during heating or under compressive stress. A center microcrack in an Al crystal could be sealed under a critical compressive stress or by heating it over a critical temperature. During microcrack healing, dislocation and vacancy are generated and moved, and sometimes twin appears. The critical temperature necessary for microcrack healing depends upon the orientation of the crack plane. For example, the critical temperature of the crack along the ( 111 ) plane is the lowest. When there are pre-existing dislocations around the microcrack, the critical temperature necessary for microcrack healing will decrease. The energy condition for crack healing is б2π a ( 1-v2 ) / E + UT/ A ≥ 2 γ + γp, where б is the applied compressive stress, a the length of the crack, γ the Poisson' s ratio, E the Young' s modulus, UT heat energy driving crack healing, A the area of the crack, γ the surface energy, and γp the plastic deformation work. Pre-existing dislocations can reduce γp.     

X65管线钢连铸坯表面纵向凹陷、裂纹形成原因及对策

针对X65管线钢连铸坯表面存在的纵向凹陷及裂纹缺陷等问题,采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪对其进行了分析.缺陷产生的原因主要是微合金化元素Nb、Ti和V的碳氮化物在晶界偏聚所致.通过对结晶器保护渣成分、二冷曲线进行优化,控制中间包钢水过热度,规范连铸操作工艺和点检连铸设备可有效改善X65管线钢连铸坯表面的纵向凹陷和裂纹缺陷.     

重型燃机叶片锻造过程数值模拟与工艺优化

高温锻造过程中,坯料内的温度场、应变场等热力参数对锻件内的裂纹损伤和微观组织有重要影响. 利用刚粘塑性有限元法,对某重型燃机叶片的锻造过程进行了有限元数值模拟,得到了锻造过程中锻件内温度场、应变场以及锻造载荷随时间的变化规律,并在此基础上结合裂纹损伤和修复机制以及再结晶组织演化规律,提出了一种优化的锻造工艺方案. 即在终锻尺寸上公差基础上欠压4 mm进行预锻,预锻温度1 160 ℃,终锻温度1 120 ℃. 实际锻造工艺试验验证了工艺方案的可行性,为该工艺的工程应用奠定了科学基础.     

主动螺旋伞齿轮闭塞模锻物理模拟

根据金属流动趋势设计了主动螺旋伞齿轮的预制坯;开式模锻螺旋伞齿轮试验结果显示,模具结构复杂,所产锻件有飞边;采用闭塞模锻成形了螺旋伞齿轮铅试件,揭示了闭塞模锻主动螺旋伞齿轮成形过程,说明了用闭塞模锻工艺成形主动螺旋伞齿轮的可行性;通过铅试件网格试验,揭示出在闭塞模锻中金属内部质点的流动规律、金属流线分布趋势及纤维状况,说明了锻造齿轮内在质量高的原因;提出采用局部加热,以工件柄部代替大端冲头,设计大、小端双动冲头闭塞模锻模具的创意．研究结果表明,螺旋伞齿轮闭塞模锻铅试样物理模拟对该类零件精密成形工艺制定及模具设计具有重要指导意义．     

小方坯连铸过程温度场和流场的实时模拟

为了寻求在瞬态下仍然有效的实时模拟模型,以便模拟连铸的全过程,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法和LamBremhorst低雷诺数k-ε方程,建立了考虑湍流的传热和流体流动的实时模拟模型.该模型有效地实现了移动计算域下的动态网格扩展,可以模拟从拉坯到切割坯连铸全过程的温度场与流场的变化.作为实例,X70钢小方坯的模拟效果与实验验证吻合很好.     

直齿内齿轮冷精锻成形工艺研究

文章系统研究了直齿内齿轮冷精锻成形工艺,并在原有工艺的基础上提出了改进后的新工艺,分析了内齿轮在冷精锻过程中金属的流动规律,得到了保证轮齿充满模具型腔的合理坯料尺寸;运用数值模拟方法,研究了冲头入口角、摩擦条件和模具关键过渡圆角的改变对内齿轮成形过程中工作载荷、有效齿长、模具寿命、金属流动和等效应变的影响,为生产实践提供理论依据和技术指导。     

大型锻件凹型角度砧拔长工艺

随着大型核电低压转子锻件尺寸和重量的增加,低压转子锻件锻透成为锻造过程的突出难题。该文通过改变砧形,采用凹型角度砧拔长的工艺来增加心部压实效果,并通过数值模拟和物理模拟相结合的方法对其应力应变的分布进行了研究。模拟结果表明:采用凹型角度砧拔长,增加了心部变形效果,改善了心部的应力状态,有利于心部压实和缺陷锻合;采用6°的凹型角度砧比平砧可以得到更好的应力应变状态。建议在大型锻件主拔长的前几趟次采用凹型角度砧拔长工艺。