Pile-up现象对材料本构关系反演计算的影响

针对商用纳米压痕测试中忽略凸起(Pile-up)现象的问题,开展了Pile-up现象对材料力学参数和本构反演计算结果影响的研究。推导能量法理论,选取5种不同材料进行了纳米压痕测试,利用商用Oliver-Pharr(O-P)法和能量法分别进行硬度和弹性模量计算,并比较测试误差率。推导极限分析法理论并进行反演计算,得到考虑材料Pile-up现象的应力应变曲线,并根据计算结果对纳米压痕过程进行仿真。结果表明:当纳米压痕测试中压痕残余深度与压入深度比值大于0.7时,Pile-up现象对商用O-P法测试影响明显,弹性模量和硬度值误差率达到20%以上;对发生塑性变形较大材料进行本构关系反演计算时,理论计算值和数值模拟结果均证明了Pile-up现象对应力应变曲线计算有一定的影响。研究结果可为纳米压痕测试本构关系的反演计算方法提供参考。     

超高强度钢与低合金钢的激光搭接焊性能

采用Yb:YAG激光器对超高强度钢EN10292 TL4225和低合金钢H340LAD进行了激光焊接试验,分析了不同焊接参数对接头质量的影响。利用光学显微镜观察了接头的微观组织,并通过硬度测试及拉剪试验对接头的力学性能进行了测试,最后采用扫描电镜(SEM,HITACHS-4300)对拉伸断口进行了研究。结果表明,采用优化的焊接参数获得的接头具有良好的接头组织和力学性能,焊接质量能够满足实际生产中的需要。     

测试原位纳米压痕的微小型加载装置

提出一种用于原位纳米压痕测试的微小型精密加载装置。结合纳米压痕测试的基本要求,对精密加载装置进行了结构设计分析,建立了以压电叠堆推动柔性铰链推进单晶金刚石工具头实现压痕测试的方案,依据胡克定律利用柔性铰链敏感单元实现对压入力信号的检测。对压入柔性铰链单元进行了力学分析和模态研究,在此基础上,对研制测试平台样机的压入特性、载荷力检测等进行了试验测试,并利用研制的样机对单晶硅晶片进行了压痕试验。加载装置在100V驱动电压下压头有效行程可达11.96μm,基本满足压痕测试的功能要求。     

基于纳米压痕技术的岩石力学参数评价

为评价使用小岩心样品获取岩石力学参数,计算岩石脆性指数的可靠性,提出基于纳米压痕实验技术获取岩石力学参数的方法．使用1 mm×1 mm的小尺度岩心碎样或岩屑获得岩石的力学参数,通过纳米压痕技术进行矿物相分析和压痕实验,利用卷积方法进行尺度升级,求取宏观力学参数．采用该方法对致密油岩屑样品的力学实验结果与岩心柱塞的三轴岩石力学实验结果相比,误差绝对值小于10%,满足脆性指数计算的需要．纳米压痕技术可使用岩心碎样或岩屑获得岩石力学参数,为脆性指数评价的实验参数获取提供了新的技术方法．     

高温后高强度钢的力学性能试验

通过试验研究了高强度G450钢高温冷却后的力学性能。将高强度G450钢试件分别加热升温至200,300,400,500,600,700,800℃,使用泡沫冷却方式使其冷却至室温,再进行力学拉伸试验,获得了高强度G450钢高温冷却后的应力—应变曲线、弹性模量、屈服强度及极限强度。试验结果表明:钢材经不同温度冷却后会有不同的表观特征,高温冷却后钢材的弹性模量、屈服强度及极限强度随温度的升高先小幅增大后逐渐减小。基于试验结果和对比分析,提出了力学参数简化方程来预测高温冷却后高强度G450的力学性能,该力学参数预测方程与实测结果基本吻合。     

基于IDL试验数据分析软件系统的设计与实现

采用交互式数据语言(IDL)设计与编制了材料力学试验数据分析软件系统,方便了计算低碳钢的几种力学参数:拉伸和扭转中的硬化指数、屈服应力和屈服应变,以及对应力/应变关系曲线、多组数据的综合分析.同时,IDL提供的分析函数可有效提高数据分析的效率.     

调质处理工艺对ZG40CrNiMo钢组织和性能的影响

研究ZG40NiCrMo钢调质处理工艺参数对铸钢组织与性能的影响,分别采取在840~880℃淬火及600~650℃回火的热处理,然后测试试件的硬度、拉伸与冲击性能。试验结果表明,试验用钢经过热处理后形成了均匀分布的回火索氏体组织,经过较高温度回火后,可以获得优良的综合力学性能,其中860℃淬火+630℃回火热处理工艺可以满足生产实际需要。     

基于纳米压痕技术及有限元模拟的薄膜力学性能研究

采用纳米压痕技术结合有限元模拟和量纲分析方法分析薄膜材料的弹塑性性能．用有限元模 拟纳米压痕过程,结合量纲分析方法将纳米压痕的加卸载过程与被测材料的力学性能联系起来,建 立起两者间的无量纲函数关系结构式,进而结合实际纳米压痕试验所得薄膜的弹性模量和载荷— 位移曲线计算出了材料的应力—应变关系．经检验,有限元模拟所得到载荷—位移曲线和纳米压痕 试验所得载荷—位移曲线吻合得比较好,因此验证了有限元模型的正确性和材料模拟的正确性．     

45号钢低温抛光纳米加工试验研究

随着现代科学技术的发展，精密、超精密加工技术在机械制造领域越来越占有重要地位。由于45号钢在横具制造、半导体制造、超真空制造、金属反射镜等方面有着广泛的应用，本文采用冰盘抛光新技术，首次对45号钢材料试件进行了纳米抛光加工试验研究，给出了实际测量结果。通过分析与实验验证，得到了不同工艺参数对纳米抛光精度带来不同影响的规律；对冰盘抛光纳米加工进行了较为深入的分析与探讨。     

服役后16Mn管材应变时效的自动球压痕测试

针对在役和不可取样的设备应变时效价难问题,以服役后16Mn管材为研究对象,通过自动球压痕和常规力学试验,对比应变时效前后材料的屈服强度、抗拉强度、冲击吸收能和断裂韧度,并深入探讨自动球压痕试验在材料应变时效上的应用。试验结果表明,自动球压痕可以准确测定材料发生应变时效后的力学性能值,因此可以定期通过自动球压痕技术对在役设备进行力学性能测试,并根据实际测试力学性能来调整运行压力或更换设备,不但可以有利于设备的安全运行,同时可以延长设备的使用寿命。