掺氢氧化钙对超高强混凝土力学性能影响的机理

鉴于含矿物掺合料较多的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)中火山灰反应所需氢氧化钙含量不足的状况,在配制超高强混凝土(UHPC基体)时掺加氢氧化钙,研究其对超高强混凝土力学性能的影响机理。结果表明,超高强混凝土力学性能的改善源于掺入的氢氧化钙与矿物掺合料中的SiO_(2)发生火山灰反应生成C-S-H及C-A-S-H凝胶,且在组合养护(90℃热水养护2 d+250℃干热养护3 d)下,部分C-(A)-S-H凝胶向托勃莫来石与硬硅钙石晶体转变,改善了超高强混凝土的微观结构。

超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

粗集料对超高强混凝土徐变的影响

徐变是混凝土固有的时变特性,对混凝土结构和构件的受力及长期服役性能有着重大影响。以粗集料为切入点,研究粗集料的掺量、粗集料最大粒径以及粗集料与基体性质协调性等因素对超高强混凝土的力学性能和徐变性能的影响。结果表明:掺粗集料的超高强混凝土徐变明显小于不掺粗集料的混凝土,掺粗集料可有效降低超高强混凝土的徐变,但减小粗集料的最大粒径对徐变无明显抑制效果。此外,超高强混凝土并非强度越高徐变越小,其徐变的大小主要受超高强混凝土强度与弹性模量的协同发展程度的影响。通过修正FIB MC2010模型,建立了适用于超高强混凝土的徐变预测模型。

焊丝成分对超高强装甲钢焊接接头组织与性能的影响

利用气体保护电弧焊工艺完成了4.5 mm和9.0 mm超高强装甲钢的焊接,研究了焊丝(MG70S-6和ER307Si焊丝)成分对接头组织与性能的影响,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等表征方法对焊接接头各区域进行微观组织和物相结构的分析,并测试了接头的硬度分布、拉伸性能和冲击韧性。结果表明,焊接接头成形质量良好,无明显未熔合、气孔、裂纹等缺陷,焊缝区组织为片状马氏体、针状铁素体和少量粒状贝氏体,完全淬火区组织为马氏体和贝氏体,不完全淬火区组织为马氏体和铁素体,回火区析出网状渗碳体。焊接接头的热影响区软化现象较为明显,接头难以达到与母材等强,断裂主要发生在焊缝区,呈现出脆性断裂特征。采用ER307Si焊丝焊接的9.0 mm装甲钢接头的焊缝室温冲击功达到94 J,完全满足使用要求。

钢管超高强混凝土受弯力学性能试验研究

以官盛渠江大桥为依托,通过3组共6个受弯试件的模型试验,探讨钢管超高强混凝土(抗压强度f_(cu)=80.3~115.2MPa)的受弯力学性能,研究混凝土强度对钢管超高强混凝土的抗弯承载力、变形特征与失效模式的影响。试验结果表明:钢管超高强混凝土的受弯破坏模式与普通钢管混凝土相同,主要为挠度过大而失效,呈整体弯曲破坏,受压区有局部鼓屈;试件进入屈服阶段后,承载力降低较少,具有很好的弯曲延性性能;管内混凝土主要对钢管提供横向约束,避免钢管过早受弯压陷屈曲;在截面含钢率一定时,管内混凝土强度增长对钢管超高强混凝土受弯构件的受弯破坏模式、承载力与延性性能的影响较小。

海洋全浸区环境下超高强钢应力腐蚀实验研究

本文以超高强R6级锚链钢为研究对象,测试了R6级三种典型锚链钢化学成分、金相组织和力学性能,实验研究了海洋环境下浸润区中施加恒载荷的三种锚链钢的腐蚀行为,得到了三种锚链钢的门槛应力值以及应力敏感性,分析了腐蚀后断口微观形貌。结果表明9131应力腐蚀敏感性最高,9121应力腐蚀敏感性最低;且在韧窝区域观察到大量的二次裂纹存在。因此,本文研究成果可作为同类研究的参考依据。

1180 MPa级超高强钢冷连轧过程的厚度综合控制技术

针对超高强钢在冷轧过程中厚度波动大以及带头带尾厚度超差的问题,首先根据金属秒流量模型建立了厚度超差预测模型与辊缝调节量预估模型;随后开发了轧制过程中的厚度控制系统,并进行了辊缝调节量优化;最后建立了带钢头尾轧制过程中的轧制速度与张力优化模型。以国内某冷连轧机组的第1机架为技术应用对象,选择两种典型的超高强钢进行生产测试,测试结果表明:超高强钢AR4146E1与DU6220A1的厚度超差长度分别从70.3 m、36.89 m下降到了16.85 m、16.33 m。

焊接热循环峰值温度对1000 MPa级超高强钢热影响区组织性能的影响

为研究1 000 MPa级超高强钢焊接热影响区(HAZ)不同区域的组织性能,采用焊接热模拟技术制备了试验钢在不同热循环峰值温度下的试样,通过夏比冲击试验研究了HAZ不同区域的冲击韧性。结果表明:在亚临界区(SCHAZ)、临界区(ICHAZ)和细晶区(FGHAZ),样品冲击吸收能量、裂纹扩展能量和动态冲击韧度较大,断口上形成较大面积的脚跟形纤维区和剪切唇,微观可看到大小不一的韧窝,样品冲击韧性较好;在粗晶区(CGHAZ),样品各项冲击数据均急剧下降,断口呈宏观脆性断裂,几乎全为放射区,微观下显示准解理断裂特征,表明裂纹扩展时受到的阻力减小,裂纹萌生后稳定扩展的时间减少,失稳扩展较快,样品的冲击韧性恶化,CGHAZ为HAZ中的韧性谷区;组织分析表明,粗大的晶粒和粗大的马氏体板条是导致CGHAZ脆化的主要原因。该结论为探究1 000 MPa级超高强钢在水电工程中的优选研制及工程应用奠定了理论基础。

超高强铝合金研究进展与发展趋势

超高强铝合金具有密度低、比强度高等特点,广泛应用于航空、航天、核工业等领域。合金的极限强度已从第四代铝合金的600 MPa级,逐步发展到650~700 MPa级、750 MPa级,甚至800 MPa级及以上第五代铝合金。本文首先对超高强铝合金的发展历程和国内外发展现状进行概述;随后,从成分设计与优化、熔铸与均匀化技术、热变形技术、热处理技术、计算机辅助模拟计算共五个方面对近些年的研究进展和所遇到的问题进行了总结和讨论;最后,结合未来装备的发展需求和国内的技术现状,指出“深入研究基础理论,解决综合性能匹配等问题以及在特定应用场景下专用材料的推广应用”是超高强铝合金的发展趋势和重要方向。

超高强钢U形件热冲压的NSGA-Ⅱ多目标优化方法

为了减小超高强钢U形件热冲压成形的回弹角和生产周期,提出了基于二元耦合选择NSGA-Ⅱ算法的多目标优化方法。介绍了超高强钢温度和微观组织随热冲压成形过程的变化情况,以减小成形回弹角和冲压周期为目标建立了多目标优化模型,选择了坯料初始温度、冲压速度、保压压强作为优化的试验因素。在优化空间中随机抽取了50组采样点,根据试验得到了试验指标参数值。使用单个自适应神经元网络对试验指标和试验因素间的模型进行了回归,提出了二元耦合选择NSGA-Ⅱ算法进行优化模型求解。对优化后的参数组合进行生产验证,优化后回弹角均值比厂家产品减小了27.59%,单件的生产周期减小了3.52%,且回弹角和生产周期的标准差略有减小,说明优化后的生产质量、生产效率、生产稳定性均有所提高。

超高强钢薄带温轧变形区温度场的模拟研究

超高强钢薄带温轧过程中变形区出口温度的精确预测是轧制工艺制定及过程温度控制的关键。本文利用Deform-3D数值模拟软件对超高强钢薄带的温轧过程进行模拟,分析了轧件入口温度、轧辊表面温度、轧制速度、压下率以及摩擦系数对变形区出口温度的影响,通过回归分析建立了变形区温度场的数学模型。结果表明,该温度场数学模型计算结果与模拟结果的误差在±11.5℃内,能够反映各温轧工艺参数对变形区出口温度的影响规律。

适用于超高强钢丝缆索的新型主缆锚具设计研究

随着悬索桥跨径的增大,主缆钢丝的强度等级不断提高,对锚具的合理设计也提出了更高的要求。本文对主缆锚具的现有设计方法进行了介绍。基于2200 MPa级超高强钢丝缆索,对主缆锚具的材料、结构形式与外形尺寸开展初步设计,提出了新型主缆锚具的设计方案。采用有限元方法建立锚具的精细有限元模型,对设计方案的受力性能进行了数值模拟与参数分析。结果表明新型主缆锚具受力合理,设计方案可行,锚具壁厚、摩擦系数对锚具应力水平的影响最为明显,并据此提出了锚具的建议优化设计方向。

超高强桥梁缆索用多元合金锚固材料研究

桥梁缆索采用热铸锚方式锚固,具有强度高、耐久性好的优点,适于缆索百年服役的要求。分析了热铸锚的结构和锚固机理,合金锚固材料是影响热铸锚锚固性能和耐久性的主要因素,而Al,Cu,Mg,RE等成分和含量决定了合金锚固材料的性能。针对2100 MPa及以上强度超高强缆索,提出了热铸锚用合金锚固材料的物理性能、力学性能、防腐性能和流动性要求。根据这些影响因素和性能要求,建议按“性能指标构建-成分体系设计-模型试验研究-灌锚装备研发-灌锚工艺研究”的路线进行新型多元合金锚固材料研究。

Mg含量对w(Zn)=11%的超高强铝合金组织性能的影响

研究了Mg含量对w(Zn)=11%超高强铝合金组织性能的影响.超高强铝合金铸锭为网状枝晶组织,平均晶粒尺寸约170~240μm,铸锭组织中存在粗大的α(Al)+T(AlZnMgCu)共晶相.经均匀化退火后,w(Mg)<1.75%的合金组织中粗大的T相完全回溶,w(Mg)>2.0%的铸锭组织中还有少量T相残留.超高强铝合金挤压材固溶处理后,组织中T相完全回溶,组织为纤维组织,再结晶比例约1.2%~6.5%,纤维条带宽度约24.2~35.4μm.挤压材时效后,组织中分布高密度的析出强化相,主要为GP区和η'相,尺寸为2~5 nm.随Mg含量增加,合金的屈服强度由687 MPa升高到782 MPa,抗拉强度由717 MPa升高到795 MPa,伸长率从12.5%降低到9.3%.w(Zn)=11%的超高强铝合金中析出强化相的数量与Mg含量成正比,Mg含量增加,合金强度升高.

汽车用超高强钢V形弯曲负回弹的数值模拟分析

为研究1000 MPa超高强钢在V形弯曲中出现的负回弹现象,提升超高强钢冷弯成形的回弹控制精度,文章采用数值模拟方法对弯曲及回弹过程中的变形、应力、应变进行了分析。研究发现,弯曲过程中试样直边部分会出现先弯曲后校平的现象,直边内侧出现拉应力是导致负回弹的根本原因。在应力卸载后,试样圆角部分的回弹引起回弹角增大,直边部分的回弹引起回弹角减小,两者叠加使回弹角可能出现正值或负值,弯曲半径减小会使超高强钢更易出现负回弹。

轻量化脚手架钢管用超高强钢带开发

为实现脚手架轻量化,通过对脚手架用管材Q355和替代材料Q620M的抗拉强度、抗压强度和抗弯强度的计算分析,提出在脚手架钢管外径不变、壁厚减薄的情况下,采用Q620M钢替代Q355钢,可实现减重25%。同时采用以钛析出强化为主的强化机制合金成分设计和TMCP工艺,实现了Q620M超高强热轧钢带低成本生产控制。生产实践表明,Q620M超高强度热轧钢带的强塑积超过15 GPa%;钢带经纵切、成型、高频焊接制管后,在未进行热处理的条件下,焊缝、热影响区和基体组织均匀,钢管强度和塑性指标均满足脚手架使用要求。

热输入对超高强钢焊接接头组织与性能的影响

采用不同的热输入对1500 MPa级超高强钢进行熔化极气体保护焊,并通过硬度分布试验和DIC拉伸试验分析焊接接头硬化区,对比粗晶热影响区(CGHAZ)的冲击韧性,结合金相观察分析热输入对接头脆化行为的影响。结果表明:两种热输入的显微组织类型一致,焊缝区域主要为贝氏体、针状铁素体和准多边形铁素体,CGHAZ区域主要由板条马氏体构成,形成脆化区,硬度高达550HV_(10)。当焊接热输入由29 kJ/cm提高至47 kJ/cm后,焊缝和CGHAZ的组织发生显著粗化,CGHAZ的冲击韧性严重恶化,由47 J降至19 J。焊接接头的软化区位于熔合线焊缝侧,大小热输入焊接接头均在焊缝位置断裂,抗拉强度分别为704 MPa和628 MPa,区别在于大热输入下应变集中在根焊和第二层的交界,而小热输入应变集中在中层焊道的熔合线内侧。

基于静态三点弯曲超高强钢硬化行为模型分析

选取HC700/980DHD+Z、 HC780/980CPD+Z和HC700/980DPD+Z进行分析,对比了3种材料力学性能和极限冷弯性能的差异;基于5种硬化模型对材料性能曲线进行拟合,选取两类拟合度较高的模型构建了组合硬化模型,并采用R5缺口拉伸试验进行了验证;基于前防撞梁静态三点弯曲测试和仿真对标分析,对组合硬化模型进行验证,并对3种材料的承载性能进行对比分析。结果表明:HC700/980DHD+Z和HC780/980CPD+Z的极限冷弯角分别为109.8°和109.6°,优于HC700/980DPD+Z;前纵梁静态三点弯曲试验测试与仿真分析中关键参数的最大误差在6%左右,表明材料本构模型的精度较高;HC780/980CPD+Z的承载力峰值最大,达到15.1 k N;HC700/980DHD+Z达到承载力峰值的位移最大,达到52 mm;屈强比对静态承载过程的峰值力产生重要影响,而断后伸长率的增加提升了材料的强塑积和塑性应变变形,使得承载力峰值的位移增大。

基于不同焊材的超高强钢与BS700高强钢焊接接头裂纹的试验研究

采用熔化极活性气体保护焊对抗拉强度大于1600 MPa的超高强钢与抗拉强度大于760 MPa的BS700高强钢进行焊接时,组合接头焊缝易出现焊接裂纹,为解决该问题,使用直径1.0 mm的ER70-G焊材或ER307Mo焊材,在打底焊接电流160~180 A、电压21~24 V,盖面焊接电流190~210 A、电压23~26 V条件下开展了焊接对比试验。工艺性和焊接性试验结果表明,使用ER307Mo焊材焊接的试样弯曲性能明显优于使用ER70-G焊材焊接的试样;使用ER70-G焊材焊接的试样焊缝存在未贯穿的微裂纹,焊缝断面裂纹率达到35.29%;使用ER307Mo焊材焊接的试样焊缝断面未发现裂纹。ER307Mo焊材更适合超高强钢与BS700高强钢的焊接。试验解决了超高强钢与BS700高强钢组合接头的开裂问题,为抗拉强度相差较大的异种高强钢的焊接提供了解决方案。

纤维及憎水剂对超高强混凝土性能影响试验研究

为促进超高强混凝土在屋面防水工程中推广与应用,研究纤维及憎水剂对超高强混凝土力学性能和防水性能的影响规律。结果表明:纤维掺量与混凝土抗折强度成正比,纤维掺量为8 kg/m^(3)时,混凝土抗折强度与抗渗等级均达到最佳值;憎水剂掺量为与混凝土吸水率和抗折强度成反比,憎水剂掺量为6 kg/m^(3)时,超高强混凝土具有更优异的抗压强度及吸水率性能。