应力三轴度对316LN钢临界损伤值的影响

利用Gleeble-1500D热模拟机对316LN钢做温度1 050℃、应变速率0.5s-1的高温拉伸试验,试样尺寸Φ10mm×121.5mm,缺口半径分别为0.5mm、1mm、2mm和4mm,得到不同缺口半径试样的真应力-真应变曲线。通过数值模拟得到试样初始拉伸时的应力三轴度最大值及空洞形核时的临界损伤值,结果表明,缺口试样的临界损伤值随应力三轴度的增大而增大,即应力三轴度越大,裂纹越不容易萌生。通过对实验数据和模拟结果的回归分析,建立应力三轴度与空洞形核应变的定量关系模型。     

X12合金钢高温流变应力行为及位错密度演变规律

为研究X12合金钢高温流变应力行为及其热变形过程中位错密度的演变规律,在温度为1050~1250℃、应变速率为0.005~5 s^-1、变形程度为50%的条件下,采用Gleeble-1500 D热模拟试验机对X12合金钢进行了热压缩实验,并采用XRD分析了该材料不同变形条件下位错密度。结果表明:X12合金钢在该实验温度及应变速率范围内有典型的动态再结晶特征。基于热压缩实验数据求出了X12合金钢的热变形激活能Qact为531.095 kJ/mol,并构建了X12合金钢的Arrhenius高温流变应力模型,模型计算值与试验值吻合情况良好,平均相对误差为2.52%。不同变形条件下的X12合金钢总位错密度均在1014 cm^-2以上,并且X12合金钢总的位错密度随应变速率增加而增加,随变形温度升高而减少。     

X12合金钢高温拉伸行为及Voce本构模型参数反求方法

为了研究X12合金钢的高温拉伸行为，在Gleeble-1500D热/力模拟试验机上进行了温度为900～1200℃、应变速率为0.01～5 s^-1的等温拉伸试验，分析了变形参数对该材料高温拉伸行为的影响规律。为了精确确定材料本构模型参数，提出了一种基于多岛遗传算法的反求优化方法。基于拉伸试验数据，采用提出的本构模型参数反求优化方法建立了X12合金钢Voce本构模型。结果表明，X12合金钢的高温拉伸行为呈现出典型的加工硬化和动态回复特性，其流动应力受到温度和应变速率的显著影响。模型预测值与试验值之间的相关系数、均方根误差以及相对误差分布的期望值和标准偏差分别为0.9933、6.36 MPa、0.3057和6.2998,说明采用反求优化方法得到的X12合金钢Voce本构模型能够准确地预测该材料的高温变形行为。     

不同应变速率和缺口尺寸对316LN高温断裂行为的影响

针对核电设备零部件在热成形过程中产生的裂纹缺陷,采用热力学实验方法及微观组织观察,研究了应变速率ε(1、0.1、0.01、0.001s-1)和缺口半径(1、2、4 mm)对316LN不锈钢高温断裂行为的影响。结果表明,在同一温度(T=1200℃)、不同应变速率下,断裂应变ε_f随ε的减小而减小,微裂纹发生几率增加。此外,应变速率影响着断裂行为,较小ε下,以沿晶方式断裂;较大ε下,以沿晶和穿晶的混合方式断裂。同一温度同一应变速率(T=1200℃,ε=0.01 s-1)下,峰值应力σp和稳态应力σs随缺口半径的增大而降低;对比光滑和不同缺口半径试样断口微观组织,微裂纹随缺口半径的增大,发生的几率降低,而缺口半径对断裂模式没有影响。     

16MnR钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展规律

采用压力容器用16MnR热轧钢不同缺口尺寸、不同厚度的紧凑拉伸 (CT)试样, 进行了不同温度、不同应力比条件的一系列疲劳裂纹扩展实验, 得到了相应实验条件下的疲劳裂纹扩展速率. 讨论了高温环境、缺口半径、应力比及试样厚度对疲劳裂纹扩展行为的影响规律. 结果表明: 16MnR钢在环境温度为150和300 ℃时的疲劳裂纹扩展速率比25和425 ℃时低, 300℃时疲劳裂纹扩展速率最低, 300℃以上时随温度的升高裂纹扩展速率增大; 缺口半径的大小对初期疲劳裂纹扩展有较大的影响; 应力比对16MnR钢的疲劳裂纹扩展行为没有影响; 疲劳裂纹扩展速率随试样厚度的增大而增大.     

TiAl合金高温变形过程临界损伤模型

运用Gleeble-1500D型动态热模拟试验机对Ti-47Al-2Nb-2Cr(摩尔分数,%)合金在温度为950~1150℃、应变速率为0.001~1 s~(-1)进行热模拟压缩试验,通过对变形开裂后试样断口裂纹形貌的分析,阐明TiAl合金高温变形过程的开裂损伤机理。结果表明:在低温(1000℃)、高应变速率(0.1 s~(-1))条件下,TiAl合金高温变形开裂方式为沿45°剪切开裂,随着变形温度的升高和应变速率的降低,材料发生纵向自由表面开裂。采用二分法确定TiAl合金不同温度和应变速率下的临界变形量,引入考虑温度和应变速度参量的Zener-Hollomon因子,构建TiAl合金高温变形过程临界损伤模型。     

2A12铝合金临界损伤值测定及试验验证

基于Normalized Cockcroft&Latham损伤准则,采用Gleeble Fracture Limit(GFL)试验方法测定了2A12铝合金在常温及应变速率为0.01、0.1、1和5 s~(-1)条件下的临界损伤值,研究了应变速率对2A12铝合金临界损伤值的影响。为验证试验测定的临界损伤值的准确性,以应变速率1 s~(-1)为例,利用高速摄像系统以100 fps的速度原位观测缺口试样在压缩过程中的动态损伤开裂行为,标定了裂纹萌生时刻的临界变形量为57.2%,结合数值模拟方法反推试样达到临界变形量时的最大损伤值即为材料的临界损伤值。结果表明,GFL试验测定的临界损伤值与数值模拟得到的临界损伤值的相对误差为0.3%,因此采用GFL试验方法测定的临界损伤值比较准确。     

40CrNiMo钢高温拉伸变形行为和组织演变规律

采用光滑和缺口拉伸试样进行不同温度(950、1050和1150 ℃)和不同应变速率(0.5、1.0和5.0 s^-1)的高温拉伸试验,研究了40CrNiMo钢在高温拉伸时的力学性能变化、微观组织演变以及塑性损伤形成机理,分析了不同应力三轴度对高温塑性损伤的影响。结果表明,提高变形温度或降低应变速率会降低峰值应力;应变速率从0.5 s^-1增大至5 s^-1,晶粒大小不均匀程度增加,材料更容易产生塑性损伤;变形温度从950 ℃提高到1150 ℃,晶粒尺寸增大近3倍;损伤经历形核、长大并形成微裂纹3个步骤,应力三轴度与缺口半径成负相关关系,应力三轴度的增大会加剧塑性损伤的发生,使得拉伸试件的断裂应变值降低。在车轴实际轧制过程中,在保证一定生产效率的前提下,可以通过尽可能减小楔横轧模具的成形角,并适当增大展宽角的方法,来降低材料塑性变形时内部各处的动态应力三轴度值,降低损伤发生的概率。     

TC17钛合金热变形行为及其修正J-C本构模型

采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验(变形温度700～950℃,应变速率0.001～10 s~(-1),真应变0.9)。结果表明:TC17钛合金的高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在高温高应变速率条件下,TC17钛合金的流变应力出现了明显的应力不连续屈服现象。建立了TC17钛合金的修正J-C本构方程,并引入相关系数R和平均相对误差AARE对方程的准确性进行了分析,与试验结果对比表明:该方程可以较准确地描述TC17钛合金的高温流动行为。     

高强合金钢50SiMnVB动态再结晶模型研究

通过热模拟压缩试验研究了50SiMnVB合金钢在应变速率为0.01~10 s^-1、温度为800~1000℃条件下的高温热变形行为。利用金相显微镜观察了合金压缩变形后的显微组织,结果表明:50SiMnVB合金钢在高温热变形过程中发生了典型的动态回复和动态再结晶行为,其中,动态再结晶以连续再结晶的形式进行,且应变速率越小、温度越高,越容易发生动态再结晶。根据试验结果,基于应变硬化率θ与流动应力σ之间的关系,确定了50SiMnVB合金钢高温热变形动态再结晶的临界应变;采用线性回归拟合建立了包括临界应变方程、峰值应变方程以及体积分数方程的50SiMnVB合金钢的高温变形动态再结晶模型,经对比分析发现,该模型能较好地预测合金钢高温热变形动态再结晶的体积分数;建立了50SiMnVB合金钢高温热变形动态再结晶晶粒尺寸模型。