基于高温拉伸与压缩实验的LZ50车轴钢热加工图研究

为优化LZ50车轴钢热加工工艺参数,通过热模拟试验机对LZ50车轴钢进行了热拉伸与热压缩实验,分别确定了拉伸与压缩时的峰值应力本构模型,并基于高温拉伸与压缩实验构建了材料的热加工图。结果表明,建立的拉伸与压缩峰值应力模型平均绝对误差分别为3.33%和3.65%,具有可靠性;综合分析LZ50车轴钢拉伸与压缩的热加工图发现,拉伸变形时选取高温低应变速率区域,即变形温度1040~1100℃,应变速率0.1 s^(-1)为LZ50车轴钢最优热加工区域;压缩时真应变为0.6,采用低温高应变速率,即变形温度900~950℃,应变速率1~10 s^(-1)为LZ50车轴钢的最优热加工区域。

金属塑性损伤力学模型研究进展

针对金属塑性损伤力学模型进行综述,总结和介绍了连续介质损伤力学模型以及细观损伤力学模型各自的优缺点及应用范围,并简要概括了两种模型的区别。以韧性断裂准则为出发点,总结了包括Kachanov-Rabotnov模型、Bao-Wierzbicki模型以及GTN模型在内的各模型的发展历程,在此期间,应力三轴度和Lode角参数的引入对各模型的发展具有积极的推动作用。在显微观察及有限元仿真等技术的影响下,各模型得到了更加深入的研究。结果表明,连续介质损伤力学模型对微观塑性损伤的预测精度更高、应用范围更广,具有广阔的应用前景。

LZ50车轴钢高温拉伸变形行为及塑性损伤形成机理

为探究LZ50车轴钢的高温拉伸变形行为及塑性损伤形成机理,设计了不同的拉伸试件,在900~1100℃/0.1~10.0 s^(-1)的变形条件下进行了一系列高温拉伸试验,获得了LZ50车轴钢高温拉伸真应力-真应变数据,观察了拉断试件的损伤形貌。结果表明,LZ50车轴钢高温拉伸的峰值应力表现出对应变速率和应力三轴度的正敏感性以及对温度的负敏感性。应变速率为0.1和1.0 s^(-1)时,断裂应变随温度的升高先增大后降低,应变速率为10.0 s^(-1)时,断裂应变随温度的增加持续增加。应力三轴度增加44%时,断裂应变均值从0.3353降至0.1522,降幅达54.59%。LZ50车轴钢高温拉伸塑性损伤表现为夹杂损伤和晶界损伤两种,考虑夹杂损伤的位置,塑性损伤又可分为晶内夹杂损伤、晶界夹杂损伤和混合损伤。高温拉伸断口分为韧窝型断口和脆性解理型断口,其中RB6-1000℃-0.1 s^(-1)试样为脆性解理断裂。轧制LZ50车轴钢最佳的工艺参数为:RB6-1000℃-1.0 s^(-1),为避免损伤的影响,应降低材料各处的应力三轴度值。

AA6063铝合金韧性断裂断口分析

为探究6063铝合金的韧性断裂机制,通过一系列韧性断裂试验观察6063铝合金不同应力三轴度试件的韧性断口形貌.结果表明:应力三轴度越高,孔洞的形核、长大、汇聚越快,孔洞更大更深.不同应力三轴度下主导试件韧性断裂的方式也有所不同:缺口圆柱拉伸试件断裂由韧窝断裂主导;凹槽板拉伸试件断裂由韧窝断裂与剪切断裂共同主导;圆柱扭转试验断裂主要由剪切断裂主导,并且试件表面存在部分韧窝断裂特征.

修正的J-C和Z-A模型对LZ50钢高温流变应力预测

楔横轧技术在成形轴类零件时具有广阔的应用前景,为实现高铁车轴材料LZ50钢楔横轧成形,需构建能准确描述LZ50钢高温流变行为的本构模型。修正的Johnson-Cook和Zerilli-Armstrong模型对金属流变应力的预测较为精确,可建立LZ50钢关于这2种模型的流变应力本构方程,同时为精确分析LZ50钢在大型轴类件楔横轧成形过程中的变形行为,需进一步分析2种模型在不同温度的平均相对误差EAR、相关系数R以及均方差RMSE,从而判断模型的适用性,为楔横轧在线生产提供理论依据。通过Gleeble-3800热模拟试验机在不同压缩温度(900、1000、1100℃)、不同应变速率(0.1、1、10 s^(-1))条件下对LZ50钢进行热压缩试验;以1000℃和0.1 s^(-1)作为参考温度和参考应变速率,并通过修正的Johnson-Cook和Zerilli-Armstrong模型构建了2种高温流变应力本构方程,对比在0.3~0.8应变范围内2种模型预测流动应力与实测流动应力的平均相对误差EAR、相关系数R以及均方差RMSE。结果发现,修正的Johnson-Cook和Zerilli-Armstrong模型平均相对误差EAR分别为3.8%和6.9%,相关系数R分别为0.986和0.974,均方差RMSE分别为4.9798 MPa和8.0501 MPa;进一步对比2种模型在不同温度条件的平均相对误差EAR、相关系数R以及均方差RMSE,发现Johnson-Cook模型在预测900℃和1000℃的流变应力时具有更好的预测精度,而在预测1100℃的流变应力时Zerilli-Armstrong模型预测精度更高。

LZ50车轴钢高温拉伸变形本构模型研究

为更好地描述LZ50车轴钢的高温拉伸变形行为,采用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度分别为900、1000和1100℃,应变速率分别为0.1、1.0和10.0 s^(-1)的条件下对LZ50车轴钢进行了高温拉伸试验,获得了不同变形条件下的应力、应变数据,并基于修正的Johnson-Cook(JC)本构模型和多元非线性回归的本构模型(DMNR)建立了两种LZ50车轴钢的高温拉伸本构模型。将建立的两种模型的预测值与试验数据进行对比,并采用相关系数R以及平均相对误差AARE对建立的两种模型的预测精度进行定量分析。结果表明:两种模型在不同变形温度下的预测能力存在差异;JC模型在900℃下的预测能力较好,R值和AARE值分别为0.995和1.20%;在1000℃变形温度下,DMNR模型的预测能力较好,R值和AARE值分别为0.997和6.38%;而在1100℃下两种模型的预测精度相差不大。

6063铝合金航空铆钉等径角挤压-冷镦复合成形实验研究

为了探究等径角挤压-冷镦复合成形的铝合金航空铆钉的力学性能及失效形式,对6063铝合金航空铆钉进行了等径角挤压-冷镦复合成形实验及不同类型的失效实验,并通过SEM观察成形铆钉的断口形貌。结果表明:相对单一冷镦成形铆钉,纯拉伸时,复合成形铆钉承受的最大拉伸载荷提升了约14.2%,失效形式均为头部拉脱失效,微观断口的孔洞数目明显减少且韧窝变浅;纯剪切时,复合成形铆钉承受的最大剪切载荷提升了约15.2%,失效形式均为沿剪切方向的杆部剪断失效,且断口表面的剪切韧窝变大、变浅;复合加载时,复合成形铆钉承受的最大载荷提升了约45.6%,失效形式均为杆部以一定角度弯曲的剪切断裂失效,且断口表面存在更多的剪切韧窝。