单边裂纹电磁热止裂的动力学效应

对超强脉冲放电止裂瞬间产生的动力学效应及其对裂纹尖端的影响进行研究,通过位移势函数的求解给出准稳态各应力应变分量;通过拉氏变换得出具有动力学效应下的各应力应变分量。以单边裂纹的无限大薄板为例,具体计算出瞬时点热源下的准稳态和动力学效应两种情况下的裂纹尖端局部区域的应力及变化。研究结果表明,在点热源产生的很短时间内,动力学效应会在裂尖附近由于"热击"产生压应力的突变,带有惯性项的动力学效应能更有效的遏制裂纹的扩展。

单边裂纹电磁热止裂强化的残余应力分析

建立带有单边裂纹的无限大金属薄板模型,给出脉冲放电瞬间的温度场,应用一维条件下的热弹塑性理论,导出了单边裂纹金属构件电磁热止裂后的一维残余应力解;对带有单边裂纹的导电薄板脉冲放电后裂纹尖端产生的残余应力进行数值分析,理论与数值分析结果基本吻合;对40CrNiMo试件的残余应力超声波无损检测发现,止裂后残余应力变大。研究表明,在对带有单边裂纹的导电薄板进行电磁热止裂时,裂纹尖端周围温度急剧升高,使得裂纹尖端受热膨胀,由于裂尖受到周围材料的刚性约束,在受热和冷却过程中会残留一个压缩塑性应变,其产生的残余应力可有效的抑制裂纹扩展。

对含镦粗裂纹的20CrMnTi锻件电磁热止裂强化的分析

选择20CrMnTi锻件为研究对象,使用钻孔、镦粗、切片的方法制备试件。在自制的超强脉冲放电装置上进行电磁热止裂强化试验,对放电前后试件、拉伸性能和裂尖区域的形貌合金成分、显微硬度和应力场进行了对比分析。研究结果表明：放电后镦粗裂纹尖端区域生成均匀细化的白亮组织,Si、Cr、Mn元素的质量分数较基材均有提高,显微硬度提高了约80%;止裂后抗拉强度提高了10. 32%,断后伸长率提高了7. 09%;放电后裂纹两侧的应力由原来的易使裂纹开裂的两向拉应力,变为使裂纹闭合的两向压应力,放电后裂纹尖端区域的应力分布可有效抑制裂纹的发展,从而达到止裂的目的。

16Mn模具钢电磁热止裂与激光熔覆再修复的数值模拟研究

利用ANSYS对脉冲放电电磁热止裂温度场和应力场进行模拟,然后对电磁热止裂后的16Mn钢试样熔覆Ni45合金粉末的表面温度场瞬时变化进行模拟。结果表明,在8000 V高压脉冲电压下,裂纹尖端的温度可达1500℃以上,裂尖部分熔化,进而使裂尖钝化,脉冲放电后1000 s时构件的温度基本接近室温。脉冲放电瞬间接近裂尖处的残余应力较大,而远离裂尖处的压应力较小。激光熔覆过程中垂直于激光扫描方向存在着一定的温度梯度。

含圆形埋藏裂纹金属构件电磁热止裂时应变能密度分析

对带有圆形埋藏裂纹金属构件在脉冲放电瞬间的应变能密度进行了理论分析。在求解过程中,以张开型裂纹为例,应用了热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论知识,得出了含埋藏圆片裂纹在脉冲放电瞬间的温度场理论公式、热应力场公式和应变能密度公式。由热应力场公式和应变能密度公式可知,放电瞬间电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,热压应力对金属构件做负功,减小了拉应力对构件的破坏程度,放电后构件的应变能密度降低了。以Cr12MoV模具钢中埋藏圆裂纹止裂为例,具体计算了脉冲放电前后不同拉应力作用下的应变能密度变化情况,为空间裂纹电磁热止裂技术的实际应用提供了理论基础。

含埋藏椭圆形裂纹金属构件电磁热止裂时热应力场分析

对带有椭圆埋藏裂纹金属构件在脉冲放电瞬间的热应力场进行了理论分析.在热应力场的求解中,利用了热传导和非定常热应力理论,由求解的热应力场公式发现:在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,热压力场可有效地抑制裂纹的扩展.以Cr12MoV模具钢中埋藏椭圆裂纹止裂为例,具体计算了脉冲放电瞬间的热应力场分布情况,为空间裂纹电磁热止裂技术的实际应用提供了理论基础.

ZL303合金电磁热止裂后力学性能研究

利用自制的ZL-2超强脉冲放电装置对含有单边裂纹的ZL303合金试件进行电磁热止裂试验。通过微机控制电子万能试验机对止裂前后试件进行拉伸试验,并用SEM扫描电镜对断口进行观察,最后理论分析了受拉伸试件的应力强度因子。结果表明,电磁热止裂技术对ZL303具有良好的止裂效果;放电强化作用主要集中在裂尖附近,裂尖钝化形成焊口,裂尖处组织变细且强度提高,试件的抗拉强度平均提高了16.5%;电热应力强度因子削弱了拉应力所产生的应力强度因子,达到力学性能强化的效果。