压痕法评价奥氏体不锈钢拉伸性能的神经网络分析

基于Ludwik模型,采用有限元软件进行仿真,建立压痕曲线神经网络数据库,利用Matlab提供的函数来创建反向传播神经网络,利用材料参数输入和压痕曲线输出向量对神经网络进行训练,学习输入和输出数据之间的关系.利用训练好的神经网络模拟压痕曲线,通过Matlab优化函数使试验观测值与神经网络模拟预测值之间的误差最小.由于神...     

变形对镍镀层纳米压痕尺寸效应的影响及预测

为了研究拉伸变形对电沉积镍镀层硬度尺寸效应的影响,用纳米压痕仪对变形前后的镍镀层进行了测试,并通过两种模型对其进行了预测.结果表明:对于镀态和经过10%拉伸变形的镍镀层,压痕硬度随着压痕深度的降低而增加;试验结果能够很好地通过GCV模型来拟合,而Nix-Gao模型只有在压痕深度＞100 nm时才能和试验结果相吻合;纳米压痕硬度尺寸效应对于经过拉伸变形10%的试样更加明显.     

用数字散斑相关技术研究压痕尺寸效应

采用数字散斑相关技术计算了被测表面硬度压痕周围的塑性变形场特征,结合不同显微硬度测试方法的结果及有限元模拟结果,系统讨论了压痕尺寸效应问题.结果表明:在不同测试条件下,被测表面压痕周围的变形表现出两种状态,并且与载荷有关,使表面变形方向改变的载荷与产生压痕尺寸效应时的载荷是比较接近的;说明现有压痕计算在建模时不论载荷大小,而采用一种模型是不合理的,即当压头压入材料的深度不同时应该采用不同的模型进行分析计算.     

3J21合金箔片纳米压痕尺寸效应分析

在微观的环境下分析和研究压痕尺寸效应,可以为探索薄膜和微机械材料特性提供有力的理论基础和技术指导。用两种试验方法对厚度为100μm的3J21合金箔片进行纳米压痕试验,从试验中获得3J21合金箔片的力学性能参数。通过分析试验数据可知,3J21合金箔片压痕在微纳米级范围内存在明显尺寸效应。利用3种常用的压痕尺寸效应模型对3J21合金箔片的压痕尺寸效应进行描述和分析,结果表明这3种常用模型能够有效地描述3J21合金箔片的压痕尺寸效应,并且后两种模型能较为准确地预测其真实硬度值。     

奥氏体不锈钢里氏硬度、维氏硬度及强度之间的换算关系

为了实现通过硬度来计算材料的强度,测试了几种核电站用奥氏体不锈钢在不同状态下的里氏硬度、维氏硬度、屈服强度及抗拉强度,对数据进行了曲线拟合分析并获得它们之间的回归关系式。结果表明:奥氏体不锈钢的里氏硬度HL与维氏硬度HV之间关系式符合幂函数关系或线性关系;硬度与屈服强度和抗拉强度之间关系式均符合线性关系。     

塑性预变形对316L奥氏体不锈钢氢脆的影响

对316L奥氏体不锈钢板试样进行不同程度的塑性预变形,通过电化学充氢及拉伸试验,研究了塑性预变形对316L奥氏体不锈钢氢脆的影响。结果表明:随着塑性预变形量的增大,316L不锈钢的屈服强度和抗拉强度均有提高,但塑性降低;充氢后316L不锈钢的强度变化不大,但塑性进一步降低,充氢导致了316L不锈钢发生塑性损减,且随着塑性预变形程度的增大,氢致塑性损减的程度也增大,塑性预变形导致材料的氢脆敏感性增大。     

纳米压痕硬度尺寸效应分析及其试验研究

针对材料纳米压痕硬度的压痕尺寸效应(Indentation size effect,ISE),利用纳米压痕技术测得单晶铝和单晶硅的载荷-压深曲线,获得最大载荷和最大压深,并结合原子力显微镜,获得压痕的三维形貌,计算出压痕的真实残余面积。根据最大压深和残余面积提出了一个新的模型——残余面积最大压深模型,此模型能更好地理解和描述材料硬度的压痕尺寸效应,并与其他几种典型的理论和模型进行了比较和分析。     

316L奥氏体不锈钢表面低温气体渗碳层的热稳定性能

对表面低温气体渗碳强化处理的316L奥氏体不锈钢进行300～400℃保温150,1 500,3 000h时效处理,研究了时效温度及时间对表面渗碳层物相组成、厚度、纳米硬度和残余应力的影响,分析了其热稳定性能。结果表明:渗碳层在温度300～400℃的时效过程中无新型碳化物析出;在400℃时效时,碳原子向基体内部扩散,渗碳层厚度明显增加,当时效时间为3 000h时,渗碳层与基体的界面消失,表面纳米硬度降至基体的50%;当在300℃时效时,渗碳层厚度、碳含量以及纳米硬度均没有明显变化,此温度下服役时渗碳层较为稳定;经300～400℃时效处理后,渗碳层的表面残余压应力均下降,且时效温度越高、时效时间越长,残余压应力下降的幅度越大。     

氯离子杂质对304和316L奥氏体不锈钢在熔融硝酸盐中腐蚀行为的影响

采用恒温全浸腐蚀试验方法,研究了304和316L奥氏体不锈钢在565℃含不同质量分数（0,0.6%,1.0%,1.4%）氯离子杂质熔融硝酸盐（60%NaNO₃+40%KNO₃,质量分数）中的腐蚀行为。结果表明：在4种熔融硝酸盐中,304和316L不锈钢的腐蚀动力学曲线均呈抛物线型;随着氯离子含量增加,304和316L不锈钢的腐蚀速率均显著提升,腐蚀程度逐渐加重,腐蚀产物层在与基体结合处的裂纹增多,氯离子杂质通过活性氧化腐蚀作用加速了不锈钢腐蚀;与316L不锈钢相比,304不锈钢对氯离子杂质的腐蚀作用更敏感。     

硬度测量技术现状及发展趋势

从硬度的传统测量方法、硬度测量的新技术以及显微硬度的测量三个方面对该领域的国内外研究进展进行了综述 ,总结了有代表性的研究成果并指出其未来的发展趋势     

应变强化奥氏体不锈钢力学行为研究及应用

针对奥氏体不锈钢塑性和韧性优良但屈服强度低的问题,提出采用应变强化工艺来提高奥氏体不锈钢的屈服强度。研究了应变强化工艺中的两个关键工艺参数——应变量和应变速率对材料力学行为的影响。对应变量的研究结果表明,将奥氏体不锈钢的应变强化量控制在10%左右,材料的屈服强度可以得到显著提高。由此可大幅减薄压力容器的设计壁厚,实现压力容器的轻型化设计。与此同时,在10%左右的形变量下,因形变诱发的马氏体量很少,材料仍保持了较好的塑性和韧性,为压力容器的安全设计提供了保证。对应变速率的研究结果表明,在准静态条件下,奥氏体不锈钢材料力学性能指标对应变速率不敏感,但过小的应变速率会导致材料出现锯齿形屈服,产生Portevin-Le Chatelier（PLC）效应。     

节镍型奥氏体不锈钢的高温塑性

采用Gleeble-3800型热/力模拟试验机对不同铜含量的节镍型奥氏体不锈钢进行了高温拉伸试验,分析了拉伸断口附近显微组织,并对其高温塑性进行了研究。结果表明:奥氏体不锈钢在1 150～1 250℃具有较好的高温塑性;随着铜含量的增加高温塑性下降;铁素体含量及形状对其高温塑性影响较大,铁素体含量的增多和网状分布会使其高温塑性显著下降。     

316L不锈钢抗氢脆性能研究

用光学显微镜、电子显微镜、俄歇电子谱／二次离子质谱表面分析仪等结合拉伸试验，研究了316L奥氏体不锈钢及其电子束焊缝在650℃充氘后组织、微区成分变化与性能的关系，以及拉伸应力与氘分布的关系。结果表明，高温气相充氘后，316L奥氏体不锈钢及其电子束焊缝抗氢脆性能明显下降。晶界、孪晶界析出大量碳化物，但拉伸断口形貌并未呈沿晶断裂；晶界上未发现S、P等痕量元素的偏聚，却产生了富Cr、Mo的贫Ni层，这表明晶界成分的变化减弱了晶界析出物对氢脆的影响。电子束焊缝塑性下降，拉伸时从该处断裂。拉伸静水应力梯度分布导致氘在拉伸试样断口处富集。     

两种常用奥氏体不锈钢形变马氏体研究

基于奥氏体不锈钢马氏体磁性特征,用MP30E-S型铁素体测定仪定量测定马氏体相转变量。对两种常用304,316材料冷成形拉伸试件、波纹管、封头进行了形变马氏体检测试验研究。结果表明:随着工程应变量增加,形变诱发马氏体相的含量因而随之增加,316材料较304材料形变诱发马氏体相含量小得多,形变马氏体相变量的大小与材质、相对变形率有很大的关系。     

奥氏体不锈钢制压力容器应变强化工艺研究及安全性分析

根据欧盟EN 13458-2: 2002中关于奥氏体不锈钢制压力容器应变强化标准确定了材料的许用应力,设计并制造了奥氏体不锈钢制试验容器,合理制定了焊接工艺并对容器焊缝进行了射线和渗透检测,所有焊缝质量均达到Ⅰ级合格。通过自行开发的精确自动加压设备对试验容器实施应变强化工艺,通过测量应变强化后容器周长变化量来计算强化容器的永久变形量,并与理论值进行了比较,两者吻合较好。对应变强化容器进行了爆破试验,以确定其爆破压力和爆破部位,并测量容器启裂部位的周长变化量和壁厚减薄量,检验强化容器的塑性储备。探究了应变强化容器极限承载压力和爆破安全系数并讨论了其安全性。     

奥氏体不锈钢深冷容器室温应变强化技术

随着低温液化气体的日益广泛应用,深冷容器的需求量不断增加。在安全的前提下,实现深冷容器的轻量化,对于节能降耗具有重要意义。采用室温应变强化技术可以提高奥氏体不锈钢的屈服强度,显著减薄奥氏体不锈钢制深冷容器的壁厚,减轻重量。中国、美国、德国、澳大利亚等已将该技术用于制造奥氏体不锈钢深冷容器。在简要介绍室温应变强化技术发展历史、标准和优点的基础上,着重分析讨论了该技术推广应用中遇到的常见问题。     

奥氏体不锈钢冷冲压标准椭圆形封头塑性变形预测方法研究

通过公式推导,明确国内外所规定的两类塑性变形预测方法的物理意义。对比标准椭圆形封头冷冲压成形试验结果,建立能够真实反映封头冷冲压成形过程的数值计算方法。基于该数值计算方法,研究封头塑性变形与公称直径Dn、名义厚度δn的关联性,建立基于这两个参数的封头塑性变形预测方法,并对比所建立的预测方法与现有方法得到的封头塑性变形结果的差异。得到如下结论:现有的两种预测方法得到的结果分别反映了封头经向的平均塑性变形和板料边缘环向压缩塑性变形平均值,两者都不能反映封头真实的塑性变形大小;建立的塑性变形预测方法更加准确、可靠,可用于预测封头的塑性变形。     

基于Hull-Rimmer理论的应变强化奥氏体不锈钢高温疲劳寿命预测方法

以S31603奥氏体不锈钢材料为研究对象,开展应力控制下的高温疲劳试验,获得固溶态和经不同应变强化量预处理的S31603奥氏体不锈钢高温疲劳寿命试验数据。基于Hull-Rimmer空洞长大理论,建立适用于应力控制下的材料疲劳寿命预测模型,并对固溶态和应变强化态S31603奥氏体不锈钢进行寿命预测,预测结果与试验值吻合较好。在此基础上,结合不同应变强化量下材料的疲劳寿命变化趋势,进一步建立耦合应变强化预处理量的材料疲劳寿命预测模型。与实测寿命相比,预测寿命位于±1.5倍误差带之内,预测效果良好。建立的高温应力控制下的材料疲劳寿命预测模型形式简洁且具有清晰明确的物理意义,可用于应力加载下金属材料的高温疲劳寿命预测。     

应变速率对304奥氏体不锈钢应变硬化行为的影响

304不锈钢属于非稳态奥氏体不锈钢,在应变强化过程中,应变温度、应变速率、应变量等均可改变应变诱发马氏体的转变量和转变速率及内部组织滑移线、形变孪晶、位错和层错密度的转变量和转变速率,从而表现出不同的应变硬化行为。针对304奥氏体不锈钢,主要从应变速率敏感指数、应变硬化指数两方面,研究了应变速率对其室温应变硬化行为的影响。