结构材料维氏硬度与屈服应力的关系分析

利用传统力学试验方式直接获取实际工程结构的(如焊接接头)材料力学性能有时相当困难,而准确的材料力学参数是分析实际工程结构完整性的重要基础依据。鉴于获取材料表面维氏硬度相对容易,文中利用维氏硬度试验和ABAQUS有限元分析相结合的方式,分析了304奥氏体不锈钢维氏硬度与材料屈服应力的相关性,为复杂工程结构的材料力学参数确定提供了一条新的途径。     

AISI304不锈钢在冷加工过程中的微观组织变化

在不同温度下对AISI304不锈钢进行不同方式、不同程度冷加工,用铁素体测量仪测定马氏体相变量,研究了冷加工与马氏体相变的关系;将AISI304不锈钢在低温(液氮,-70#℃)条件下进行不同程度拉伸,采用透射电镜观测位错分布,研究了冷加工与位错密度的关系.结果表明:冷加工在一定条件下可以产生形变诱发马氏体,其含量随冷加工变形量的增大而增加;同时,冷加工导致AISI304不锈钢中金属晶粒拉长,其位错密度随冷加工变形量的增加而增大.     

晶界工程处理对304奥氏体不锈钢力学性能的影响

晶界工程是改善晶界特性以提高抗晶间退化能力的一种可行方法,能有效提高Σ重位点阵晶界的比例。研究基于304奥氏体不锈钢,通过控制不同的热机械加工工艺,以获得更高的Σ重位点阵晶界,优化晶界特征分布,利用电子背散射衍射技术分析不同样品的微观结构,通过室温拉伸试验研究晶界类型对304型奥氏体不锈钢力学性能的影响。结果表明,经过晶界工程处理的样品,其伸长率能得到一定程度的提升。分析断口微观形貌、平均施密特因子、泰勒因子得出,晶界工程处理能使得304奥氏体不锈钢基体内的第二相杂质减少、微观区域应变分布更均匀、滑移系统的激活过程更容易发生。     

冷加工对316L不锈钢裂尖力学特性的影响

采用弹塑性有限元软件的子模型技术,研究了核电压力容器高温水环境中冷加工程度对316L不锈钢应力腐蚀裂纹尖端应力应变状态和断裂参量的影响,并结合316L不锈钢在不同冷加工程度下屈服强度、杨氏模量、硬化指数和偏移系数的变化规律,对比冷加工程度对微观裂纹尖端应力腐蚀开裂速率的影响,发现冷加工程度不同,材料的力学参数不同,进而影响应力腐蚀裂纹尖端Mises应力、等效塑性应变、拉伸应力、拉伸应变的分布状态和裂尖J积分变化规律。结果表明:不同冷加工程度引起316L不锈钢材料力学性能的变化会改变应力腐蚀裂纹裂尖应力应变状态和断裂参量的分布规律,当应力强度因子一定时,随着冷加工程度的增大,应力腐蚀裂尖Mises应力增大,而裂尖的等效塑性应变减小,同时应力腐蚀裂尖的拉伸应力随着冷加工程度的增大而增大,而拉伸应变随着冷加工程度的增大而减小,裂尖J积分随着冷加工程度的增大而增大,冷加工程度的增加在一定范围内加剧了高温高压水环境中316L不锈钢应力腐蚀开裂速率。     

DEFORM平台下奥氏体不锈钢压缩热变形有限元模拟

有限元模拟往往只能根据软件自带的资料库进行材料的力学定义,误差较大.利用实际实验数据,对材料力学性能进行重新定义可以使模拟结果更加接近实际生产.本文基于304不锈钢单道次高温压缩热变形试验,得出真应力-应变曲线,并由此建立各个温度下的数值模型,对304不锈钢材料的力学性能进行定义,并提供更加准确的经验公式.     

奥氏体不锈钢管弯曲有限元模拟

通过单向拉伸实验验证304奥氏体不锈钢管材存在各向异性,运用Hill1948各向异性屈服准则对304奥氏体不锈钢管材绕弯过程进行有限元模拟,分析不同摩擦系数和内压对成形质量的影响,为后续填料弯曲实验提供理论指导.     

不同Al质量分数的铸造304不锈钢组织和性能

通过中频无芯感应炉,在无保护气氛的大气中熔炼铸造制备Al质量分数为0%、1.5%、2%、3%的304不锈钢,并对其进行1 050℃,保温45min的固溶处理,利用X射线衍射仪、光学显微镜、电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)、拉伸试验和腐蚀试验,研究不同Al质量分数304不锈钢的组织和性能.结果表明:304不锈钢中加入Al元素后合金的组织由奥氏体+少量的骨骼状的δ铁素体逐渐转变为奥氏体+铁素体双相组织,当含Al质量分数为3.0%时,304不锈钢的基体组织转变为铁素体和在铁素体晶界上分布着的少量奥氏体.固溶态高铝304不锈钢的性能优于铸态性能,含Al质量分数1.5%的固溶态304不锈钢具有最优的力学性能和耐腐蚀性能,与未加铝的304相比,各种性能均得到较大提高.     

304不锈钢构件的高温蠕变特性分析

根据304不锈钢的单轴蠕变试验数据,运用ANSYS有限元方法,建立了304不锈钢在高温下的时间硬化隐式蠕变模型,对该模型进行了数值模拟,模拟结果与实验数据吻合度较好。在此基础上,研究了304不锈钢钢管在高温条件下的蠕变极限,并通过分析得到了温度与蠕变极限之间的关系,为正确预测在多轴应力状态下高温部件蠕变特性提供了理论依据,对评估高温构件的安全性和经济性具有十分重要的应用价值。     

压水堆一回路环境中304不锈钢的蠕变特性分析

裂尖结构蠕变应变是核电结构材料应力腐蚀裂纹扩展的主要驱动力之一,为了了解核电结构材料在核电高温水环境下的蠕变特性,本文利用高压釜模拟核电一回路高温高压水环境,对核电结构材料304不锈钢进行了不同应力下的单轴拉伸蠕变实验,基于时间硬化本构模型得出了其在320℃下的蠕变本构方程,并结合ABAQUS有限元分析软件建立了高应力下获取蠕变的数值模拟方法。结果表明,应力和时间对蠕变变形有着很大的影响,蠕变速率在初期很大,随着蠕变时间的延长,由于合金加工硬化现象的产生,导致蠕变速率逐渐减少并趋于稳定;温度一定时,蠕变变形和蠕变速率同样随着应力的增大而增大。利用ABAQUS可以有效获取高应力下蠕变规律的数值模拟方法,研究结果为核电结构材料安全性评定提供了一定的参考作用。     

304不锈钢板材喷丸强化处理最佳工艺参数研究

文章运用ANSYS/LS-DYNA建立了304不锈钢板材多丸喷丸硬化处理的有限元模型,模拟了不同喷丸参数(弹丸的速度、半径和强度)对304不锈钢板材残余应力的影响规律。先计算不同层深的平均残余应力值,以得到不同参数下最大残余应力场;再对模拟结果采用逐步回归分析法建立残余应力关于工艺参数的最优回归方程,从而获得了最大残余应力随不同参数的变化图,并通过残余应力测试对上述方程进行了验证。结果表明:数值计算所得最优回归方程计算结果和实验结果相符,可据此针对所需的最大残余应力要求确定喷丸工艺参数,为工程实践提供依据。     

退火工艺对304HC奥氏体不锈钢钢丝组织和性能的影响

对304HC奥氏体不锈钢钢丝在不同退火工艺制度下的性能和组织进行检测和观察,分析不同退火工艺参数对其组织和性能的影响规律.结果表明,退火后304HC奥氏体不锈钢钢丝的显微组织基本为等轴奥氏体晶粒,若退火温度较低或走线速率较快,则会出现大量的第二相组织;选用退火温度1050℃、走线速率4m/min、快冷的退火工艺,304HC奥氏体不锈钢钢丝的组织发生再结晶、第二相组织奥氏体化,材料获得较好的塑性,同时也获得比较优异的综合性能.     

N_2对不锈钢GTAW焊缝铁素体含量和组织演变过程的影响

在不锈钢的焊接中,控制焊缝金属中的铁素体含量对于防止出现热裂纹、保证焊缝耐蚀性能和力学性能都有着重要的作用.在不锈钢中氮是强烈的奥氏体化元素,通过在保护气体中加入N_2的方法向焊缝过渡氮元素从而调控焊缝中的铁素体含量是一种简单可行的技术思路.本研究采用实时调整气体配比技术配制不同配比的Ar-N_2混合气作为保护气体,对304L奥氏体不锈钢和2205双相不锈钢进行了GTAW多层多道焊接试验.分析研究了保护气体中的N_2添加量对奥氏体不锈钢焊缝金属中铁素体含量的影响以及对双相不锈钢焊缝金属中的相比例和微观组织的演变规律.结果表明,对304L不锈钢,保护气中加入0.5%～1.0%的N_2能够将焊缝中平均铁素体数FN有效控制在3～7范围内.对2205双相不锈钢,打底焊时保护气中加入3.0%的N_2能够有效促进一次奥氏体的形成并抑制二次奥氏体的析出;填充和盖面焊则应减少保护气中的N_2含量或用纯Ar作为保护气才能保证焊缝的整体相比例在合理范围内.该研究工作对推广动态气体配比技术在不锈钢焊接生产中的应用提供了前期的理论基础.     

不同裂纹扩展阶段对SCC裂尖蠕变场的影响

裂尖区域蠕变是核电材料应力腐蚀裂纹扩展的主要驱动因素之一,为研究不同裂纹扩展阶段下SCC裂尖蠕变场的变化规律,采用紧凑拉伸试样建立了SCC裂尖蠕变的有限元模型,以核电常用的奥氏体304不锈钢为研究对象,分析裂尖蠕变以及蠕变对裂尖力学场的影响,同时以裂纹长度的变化表征裂纹扩展的不同阶段,进而研究了不同裂纹扩展阶段下对裂尖蠕变及蠕变率的影响规律,通过ABAQUS数值模拟分析软件计算可得,高蠕变量区域主要集中分布在近裂尖区域,裂纹长度对SCC裂尖蠕变场的影响较大,随着奥氏体304不锈钢裂纹长度的不断增加,裂尖蠕变量以及蠕变率也在不断增加。随着蠕变的推进,到达稳态蠕变阶段时蠕变率均趋向于同一水平,且随时间的继续增加,蠕变率变化不大,同时裂纹扩展速率随着裂纹长度呈现出指数的增加规律,在应力腐蚀开裂初始阶段,裂纹扩展速率较慢,随着裂纹长度的增加,扩展速率越来越快。为进一步研究基于蠕变致SCC开裂的结构安全性评价提供一定的理论参考。     

含PBX炸药装药的弹体侵彻响应数值模拟

为探究浇注型PBX炸药装药在弹体侵彻过程中的安全性问题,使用考虑孔隙的压力相关-应变率硬化-温度软化的粘弹塑性本构模型,用以拟合浇注型PBX炸药的在不同应变率下的动态力学响应,并利用动力有限元算法数值模拟含装药弹体侵彻混凝土靶板的过程中炸药的力-热耦合响应,获得装药不同位置局部温升受不同耗散功的影响规律,结果表明装药圆弧面圆心处由于应力波汇聚作用,塑性应变可达32%,装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献.为装药结构设计提供力学分析的依据.     

放电等离子烧结制备高强度奥氏体不锈钢

以AISI 304L奥氏体不锈钢粉体为原料,采用高能球磨与放电等离子烧结(SPS)的方式制备致密化块体材料,对球磨产物和烧结体进行物相、微观形貌分析,并对烧结体的密度、硬度及拉伸性能进行测试。研究结果表明:AISI304L不锈钢粉体经高能球磨得到奥氏体与马氏体双相纳米晶粉;经SPS 950℃烧结的样品为奥氏体组织,并具有较优异的力学性能,其致密度为99.11%,屈服强度为336 MPa,抗拉强度为609 MPa,硬度为212.4 HV0.1。     

节镍无磁不锈钢Cr18Ni6Mn3N的组织及性能

研究了节镍无磁不锈钢Cr18Ni6Mn3N的热轧及固溶后的力学性能和耐蚀性能,分析了其固溶和时效析出后的组织演变规律、冷变形过程中形变诱发马氏体相变及其磁性能.结果表明:该不锈钢的固溶组织为单相奥氏体,其力学性能和耐蚀性能均高于SUS304不锈钢;800℃保温4 h后,在晶界析出粒状氮化物,随着保温时间延长,逐渐沿晶界凸起片层状析出物并向晶内生长,保温20 h后,凸出的片层状析出物直径达20μm.冷轧压下率18.3%时尚未发现形变诱发马氏体组织,随着变形量增大,马氏体含量增多,磁导率上升,但与相同条件下的SUS304不锈钢相比,冷轧板固溶后相对磁导率可降至1.002,因此可用于低成本无磁不锈钢领域.     

热损伤后材料力学性能的小冲孔试验分析

基于小冲孔试验技术建立栽荷-位移曲线中弹塑性转变温度、最大载荷、断裂位移与材料屈服强度、抗拉强度、断后延伸率之间的关联,从而分析不同热损伤条件下304不锈钢以及Q345R钢的力学性能变化。结果表明:相比于新材料,不同损伤参数下材料力学性能发生明显变化并可以使用小冲孔试验进行合理分析。随着损伤时间的延长,2种材料的屈服强度和抗拉强度均会出现一定程度下降,而在热损伤12 h后304不锈钢的抗拉强度基本不变。损伤时间达到48 h时,损伤温度的提高将会导致材料屈服强度和抗拉强度的明显下降。304不锈钢的断后延伸率随着损伤温度的升高逐步增加,而Q345R钢的断后延伸率则存在一定的分散性。     

冷成型不锈钢部件力学性能的精确预测

冷加工截面构件的制作过程导致材料的力学性能和强度有明显的改变．本文提出了精确预测不锈钢材料和冷加工材料力学性能的研究结果．首先,本文对不锈钢材料提出了一种新的应力-应变关系模型,这种模型可以精确预测全范围内的拉应变和压应变．新的应力-应变模型采用3个基本的Ramberg—Osgood参数,并基于对已有试验数据的详细分析来定义．在论文的第二部分,提出了预测冷加工材料的应力-应变性能的有限元模型．该方法中,通过对压弯成形截面制作过程的数值模拟,以及在随后对Coupon测试的有限元模拟中以加工过程中所导致的残余应力和等效塑性应变作为初始状态,解释了冷加工材料的应力-应变性能．这种方法能够预测冷加工材料的拉伸和压缩的应力-应变性能．新提出的应力-应变模型以及有限元方法的精度通过和试验得到的应力-应变曲线的对比进行了验证．所提出的有限元方法和新的应力-应变模型可以在将来应用到原始材料和冷加工材料的关系中．     

微量元素对304L不锈钢Hall-Petch关系式的影响

以304L奥氏体不锈钢为基础,熔炼了4种添加不同微量元素的实验钢·实验钢热轧板冷轧后进行不同温度的再结晶退火处理以使晶粒尺寸在一定范围内变化,然后进行不同温度的均一化热处理以消除前面热处理带来晶界偏聚量的差异,最后进行力学性能测试、显微组织观察和晶粒尺寸统计,将所得数据处理成Hall-Petch关系式·通过对不同成分和不同热处理制度的对比,研究了微量元素Nb,B,C,N对304L不锈钢Hall-Petch的影响规律·结果表明:微量C,N和B对奥氏体不锈钢的Hall-Petch关系式中的σ0影响不大,N和B可以提高细晶强化系数ky·微量Nb可以与部分C,N结合形成Nb(C,N),在700℃均一化...     

晶界工程处理对304不锈钢耐蚀性能和力学性能的影响

通过扫描电子显微镜、电化学工作站、晶间腐蚀试验及万能材料拉伸试验机研究了晶界工程处理对304不锈钢耐腐蚀性能和力学性能的影响。结果显示,经8%冷轧变形及1 100 ℃退火6 min处理后的304不锈钢,与1 050 ℃固溶处理30 min的304不锈钢相比,低重合位置点阵(coincidence site lattice, ΣCSL) 晶界比例从45.1%增加到77.8%,Σ3晶界比例从42.0%增加到65.5%。并且在迁移的随机晶界上引入了具有低晶界能的特殊晶界片段退火孪晶,降低了大角度晶界网络的连通性,优化了晶界分布,提升了304不锈钢抗晶间腐蚀性能。晶界工程处理对304不锈钢的力学性能影响较小,晶界工程处理后,其抗拉强度和屈服强度小幅度降低,分别降低了20 MPa和13 MPa,伸长率提高了8%。