三代核电反应堆压力容器低合金钢焊缝性能对比分析

通过模拟国内三代核电压水堆反应堆压力容器环焊缝,分别采用国产焊接材料和进口焊接材料,在焊接工艺性能、焊缝金属化学成分、拉伸、冲击韧性、落锤和低周疲劳试验等方面进行了对比分析。结果表明,国产和进口焊接材料的焊接工艺性能和焊缝金属力学性能均相当;焊接试件不同厚度取样位置的焊缝金属-28.3℃冲击吸收能量平均值都大于90 J,有较大的设计裕量。该国产焊接材料已应用于国内某三代核电机组反应堆压力容器,为进一步推广应用提供技术支撑。

晶粒尺寸对界面含Cr-O-C防黏层Cu/Ni复合体拉伸性能的影响

通过分子动力学方法研究含Cr-O-C防黏层的具有不同晶粒尺寸的Cu/Ni复合体的拉伸变形。结果表明:当Cu/Ni复合体的晶粒尺寸大于12 nm时,不论界面不含Cr、O和C原子或含有定量Cr、O和C原子,复合体的屈服强度随着晶粒尺寸的减小呈现增大趋势,符合细晶强化规律,晶粒塑性变形主要受晶体内部的位错滑移控制,最大应力增加9.52%;当晶粒尺寸小于12 nm时,由于晶界所占比例的增加,拉伸过程的塑性变形更多受晶界变形控制,屈服强度下降。Cr-O-C界面弱化了Cu/Ni复合体的强度,随着界面上Cr、O和C原子数量的增加,Cu/Ni复合体的抗拉强度随之降低,最大应力下降56.40%,Cu/Ni复合体内部的位错数量也随之降低,转移到Ni表面的Cu原子数量随之减少。

考虑应力梯度效应的金属微梁屈服模型研究

一系列微加载测试结果表明,金属微梁的弯曲强度会随着材料外部几何特征尺寸的减小而显著升高,呈现出明显的尺寸相关性.基于位错塞积模型,探讨了纯金属单晶微梁的初始屈服应力,并提出了描述其尺寸相关性行为的关键内禀特征长度.通过综合分析现有的微梁弯曲实验及其离散位错动力学数值模拟结果,并考虑到位错-自由表面交互作用的影响,提出了一种仅涉及位错源的位错塞积构型.在此构型下,对线性应力梯度作用下的位错塞积行为进行了连续性分析,并建立了一个由位错源主导的应力梯度屈服模型.该模型有效地解释了微梁初始屈服应力的尺寸相关性,并与实验结果一致.研究结果表明,针对外部几何特征尺寸在数微米及以下的纯金属单晶微梁,位错塞积行为是其尺寸相关性行为的主导机制,而且刻画这种行为需要两个内禀特征长度参数,即位错源长度和位错塞积长度.为解释非均匀加载条件下微尺度晶体材料屈服应力的尺寸相关性行为,特别是纯金属单晶微梁,提供了新的视角.

预应变对S30408不锈钢力学性能和马氏体相变的影响

为了探究不同预应变量下S30408不锈钢力学性能的变化规律,课题组在室温下对S30408不锈钢开展不同预应变量下的单轴拉伸试验,分析了预应变对其力学性能及马氏体相变的影响规律,在此基础上建立了考虑预应变影响的修正Ludwigson模型,并结合基于Johnson-Cook的脆化模型合理预测预应变后材料力学性能。结果表明:随着预应变量的增加,S30408不锈钢的屈服强度明显增加,抗拉强度缓慢增加,断后延伸率降低;利用金相和X射线衍射试验获取不同预应变量下微观组织和析出相成分,发现在预应变量大于9%后,S30408不锈钢开始逐渐出现形变诱导的马氏体相变。课题组的研究实现了不同预应变量下的S30408不锈钢应力-应变关系的合理评价。

汽轮机叶片在电气短路故障下的动响应分析

基于电气短路故障分析了汽轮机低压叶片转子系统的静应力、固有频率以及电磁激振力下的动响应,得到了末级叶片的峰值合应力,采用Neuber理论和材料的循环应力应变关系计算了末级叶片的真实应变,并根据材料的应变寿命特性曲线,得到了末级叶片在电气短路故障下的循环寿命,为末级叶片的安全运行提供了重要的理论依据。

316L不锈钢非比例循环硬化特性的数值模拟

在等效应变范围为0.7%条件下,对316L不锈钢进行室温应变控制拉-扭疲劳试验,研究了比例应变路径(单轴路径和比例路径)和非比例应变路径(十字路径和圆路径)下的循环硬化特性;采用AF-OW随动硬化模型结合Chaboche各向同性硬化准则以及将非比例度嵌入到各向同性硬化准则中的改进模型对各路径下的循环特性进行模拟,并进行试验验证。结果表明:316L不锈钢在各路径下的循环初期均产生了循环硬化现象,在单轴、比例、十字和圆路径下的硬化率分别为5.2%,4.5%,38.2%,44.6%,在非比例应变路径下,该钢产生明显的附加强化;AF-OW模型结合各向同性硬化准则可以准确地模拟单轴和比例路径下的循环硬化特性,但对十字和圆路径下的模拟效果较差,模拟得到的正应力-正应变滞回环与试验结果之间的最大相对误差均大于20%;改进模型可以准确地描述十字和圆路径下的循环硬化特性,正应力-正应变滞回环的最大相对误差分别为1.3%和3.2%,最大等效峰值应力的相对误差分别为1.9%和1.2%。

Y/Al-5Ti-1B复合变质对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

在传统铸造Al-Si合金中存在的粗大树枝晶α-Al相以及针状共晶Si严重割裂基体,显著降低合金的力学性能。为细化Al-Si合金的组织,提升其力学性能,本文使用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及万能材料试验机,研究了不同添加量Y/Al-5Ti-1B变质剂(Al-5Ti-1B均为2%,稀土Y分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,质量分数)对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对Al-7Si合金的变质机理。实验结果表明,当Al-5Ti-1B含量为2%、稀土Y含量为0.4%时,变质效果最佳,共晶Si由粗大针状变为细小颗粒状,长和宽分别减小至2.7和0.8μm,相较于未经变质处理的Al-7Si合金,减小了90.6%和4.7%。合金抗拉强度由原来的168.1 MPa提升至209.1 MPa,增加了24.4%。同时伸长率从6.23%提升至9.62%,增长了54.4%。此外,合金的断裂方式也从脆性断裂转变为韧-脆混合断裂。

Sc对铸造Al-Li合金组织及力学性能的影响

铸造Al-Li合金可用于成型复杂薄壁构件,在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。细化铸造Al-Li合金组织,提高合金强塑性对其实际应用具有重要意义。本文通过金属型铸造制备不同Sc含量的Al-2Li-2Cu-0.5Mg-xSc合金,分析了Sc含量对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Sc含量逐渐增加,合金晶粒由树枝晶向近等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。δ'(Al_(3)Li)相倾向于以Al_(3)Sc相为形核核心,形成Al_(3)(Li, Sc)复合粒子,这些粒子在变形过程中不易被位错切过,减少了Al_(3)Li粒子引起的共面滑移。当添加0.3%Sc(质量分数)时,合金具有较好的综合力学性能,经过175℃/32 h的峰值时效处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别可以达到381.3 MPa、449.5 MPa和5.8%。

输氢管线钢氢脆敏感性影响因素综述

随着新能源产业的发展,采用大直径、高强度钢管输送氢气是未来氢能发展的必然趋势。分析了输氢管线钢在氢相容性试验中不同试验参数、输氢介质压力及组分、管线钢组织及强度、夹杂物和残余应力等对管线钢在高压氢气环境下的氢脆敏感性,讨论了降低输氢管线钢的氢脆敏感性的方法,提出了需要进一步重点研发的方向。

输氢管线钢的断裂韧性评价方法探讨

氢能是从化石能源向低碳能源转换的有效途径,而管道输送是氢能发展最经济、高效的方法。针对氢气输送当前面临的氢脆问题,阐述了开展输氢管线钢氢相容性评价的必要性,通过分析比较目前采用的高压氢储运选材评价及设计规范,认为断裂韧性是相容性评价的重要指标。通过深入分析了各标准及规范对断裂韧性评价的差异性,发现K_(IH)评价中试样厚度的判据存在局限性,同时认为K_(JIC)是目前评价断裂韧性较为合适的方法,并讨论了试验气体对纯度的要求。建议统一相关标准中的术语及其物理内涵及测试方法和流程,提高试验数据测试效率及利用价值,助力氢能行业高效平稳发展。

基于粉煤灰和矿粉作为掺合料的无砟轨道自密实混凝土性能对比分析

随着中国高速铁路的快速发展,无砟轨道自密实混凝土在高速铁路建设中的应用越来越广泛。为了提高无砟轨道自密实混凝土的性能,粉煤灰和矿粉作为两种重要的混凝土掺合料被广泛使用。文章将对这两种掺合料在无砟轨道自密实混凝土中的应用进行对比分析,旨在为工程实践提供有益的参考。

稀土Y对GCr15轴承钢力学性能的影响

为探究稀土Y对GCr15轴承钢力学性能的影响,采用真空感应炉冶炼了不同Y含量的GCr15轴承钢,利用MC010-HV-30Z维氏硬度计、SANS-ZBC2752A型冲击试验机、CSS-88500型电子万能试验机、JSM-6510型扫描电子显微镜和Sigma-300场发射电子显微镜等设备,研究Y对GCr15轴承钢硬度、冲击性能、拉伸性能及夹杂物的影响。结果显示:Y含量为0.005%时,试验钢具有较好的综合力学性能;Y略微降低了GCr15轴承钢的硬度,由258.7 HV降低到254.4 HV;冲击功提高了17.9%,由17.9 J提高到21.1 J;抗拉强度提高了6.50%,由903.8 MPa提高到963.3 MPa;最大拉应力提高了6.50%,由17.75 kN提高到18.91 kN;断后伸长率提高了16.80%;试验钢的断裂模式由沿晶断裂向穿晶断裂过度;Y处理后,夹杂物尺寸由3μm左右减小为1μm左右。试验钢的硬度略微降低,冲击功、抗拉强度、断后伸长率均有所提高,夹杂物尺寸减小。

钢背及合金层厚度对ZChSnSb11-6巴氏合金耐磨性的影响

利用MFT-500多功能摩擦机对ZSnSb11Cu6(11-6)巴氏合金及采用离心铸造方法在40Cr钢钢背上浇铸的厚度为2.0、2.5 mm的ZChSnSb11-6巴氏合金层进行了摩擦磨损试验,研究了钢背及合金层厚度对巴氏合金耐磨性的影响。结果表明:与无钢背巴氏合金相比,有钢背2.5 mm厚巴氏合金的耐磨性提高了26.6%,而2.0 mm厚巴氏合金的耐磨性下降了12.8%。有钢背2.0 mm厚巴氏合金的硬度较高,磨痕和犁沟较浅,但其残余拉应力最大,麻点数量最多、剥落程度最大,耐磨性最差;而2.5 mm厚巴氏合金的麻点数量最少、剥落程度最小,磨痕和犁沟也较浅,耐磨性最好;相较于2.5 mm厚巴氏合金,无钢背巴氏合金的残余拉应力较小,但其硬度最低,磨痕和犁沟最深,麻点数量更多、剥落更严重,耐磨性较差。

X65MO小直径厚壁HFW海底输送管研制

针对大厚径比HFW海洋管制管过程中纵向屈强比上升的问题,研究了化学成分、冷却工艺对X65MO管线钢组织和性能的影响。结果表明,增加C元素含量或去除V元素有利于降低材料预拉伸后的纵向屈强比;试验材料在高温下卷取,其显微组织为铁素体+珠光体,轧态纵向拉伸曲线具有较长的屈服平台,预拉伸后具有最低的屈强比和最高的均匀延伸率;随着卷取温度降低,晶粒更加细小,贝氏体组织增加,预拉伸后的纵向屈强比上升幅度较大,而在相同卷取温度下,降低冷却速度有利于降低预拉伸后的纵向屈强比。根据研究结果制定了卷板工艺,试制了X65MO钢级Φ323.9 mm×14.3 mm HFW海管,管材横纵向屈强比等拉伸性能均满足规范要求。

喷丸对铝合金亚表面裂纹闭合修复的影响与试验

目的研究喷丸修复7075-T651铝合金亚表面裂纹的愈合机理及修复效果。方法建立材料亚表面裂纹在喷丸作用下的修复模型,运用Ansys进行数值模拟计算,并预测裂纹深度修复阈值;根据模型,利用线切割制造相应的裂纹,并对其进行喷丸修复,从残余应力、疲劳强度、微观结构等方面分析裂纹愈合的机理,并评估修复效果。结果仿真结果表明,在弹丸直径D=0.5mm、弹丸速度v=100m/s时喷丸修复效果最佳,裂纹修复深度阈值为0.15 mm;裂纹修复区域的表面应力为非裂纹区域的83.17%,实验结果与仿真结果相符;在修复裂纹后,试件的疲劳强度可以达到完好试样的70.32%。剧烈的喷丸冲击使裂纹亚表面材料产生较大的微观形变热,有利于组织形变,促使裂纹两侧的晶粒组织形成闭合挤压,宏观上表现为压应力下组织的紧密闭合,这种闭合起到了修复裂纹的作用,整体上属于物理性修复,但仍无法完全消除裂纹对材料的消极影响。结论喷丸通过压力作用对亚表面材料的裂纹进行闭合修复,使材料的疲劳强度得到恢复,这对于铝合金结构件裂纹的早期修复和应急性修复具有积极作用。

基于应变的应变硬化指数演化行为研究

为准确描述变形过程中双相高强钢板的应力应变关系,针对3种双相高强钢板应变硬化指数的演化行为进行了试验研究与理论模型预测。借助单向拉伸试验机和自主研发的DIC应变测量系统,获得了3种材料的真实应力-真实应变曲线,基于经典的Hollomon流动应力模型,得到了其应变硬化指数的演化历程,发现3种材料应变硬化指数与真实应变呈非线性变化关系。为了更好地预测应变硬化指数的演化行为,提出了可以描述其值变化的非线性数学模型,并结合经典的Hollomon流动应力模型,提出了基于n值变化的修正的Hollomon-n流动应力模型,最后通过3种材料的真实应力-真实应变曲线验证了所提出模型的有效性。

医用钛合金表面纳米化组织与性能研究

针对近β型TLM钛合金试样表面进行了不同时间的高能喷丸处理,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及显微硬度仪等对不同喷丸处理后的试样进行了组织观察和性能测试。研究发现,在喷丸的近表层发生了纳米化,形成了一定厚度的纳米晶层。喷丸处理时间越长,最表层的平均晶粒尺寸越小,晶粒尺寸沿着厚度方向有梯度变化,距喷丸表面越远,晶粒尺寸就会越大。同时纳米晶层的显微硬度相对于基体组织有大幅提高,显微硬度距表面距离越远,显微硬度越低,硬度的提升主要是由于表面晶粒细晶强化的作用所致。

自然时效态2198铝锂合金板材各向异性晶体塑性有限元模拟

基于电子背散射衍射(EBSD)数据建立了自然时效态2198铝锂合金板材的晶体塑性有限元模型,并利用控制变量法研究了5个塑性基本参数(初始硬化模量、应变率敏感系数、参考应变率、初始临界分剪切应力和饱和流动应力)对塑性变形行为的影响,通过引入代价函数,并对各个塑性参数进行优化,最终得到了能够描述自然时效态2198铝锂合金板材各向异性的塑性参数,所预测的沿RD和TD方向的应力-应变曲线与试验结果符合较好。通过晶体塑性有限元法,预测了自然时效态2198铝锂合金板材单向拉伸过程中晶体取向演变与12个滑移系对塑性变形的贡献。发现(111)[10-1]滑移系对自然时效态2198铝锂合金板材单向拉伸的塑性变形贡献最大。沿RD方向拉伸时,自然时效态2198铝锂合金板材出现强烈的[011]//TD织构。

FRP轻量化应急桥模块间连接节点力学性能研究

针对某高承载大跨径应急抢修桥梁模块间连接节点力学性能展开研究,通过试验对设计的两种结构形式(A形式、B形式)单双耳接头进行极限承载力测试。通过ANSYS建立了两种结构形式的单双耳接头数值模型并验证了模型的正确性,探究了造成两种结构形式单双耳接头力学性能差异的成因。结果表明:采用B形式的单双耳接头在不增加节点质量同时能够有效提高单双耳接头的极限承载力。单双耳被作为管材连接时,耳板在传力过程中由线性传递变为弧形传递,导致传力不均匀引起被连接件受力不均匀,最后致使节点薄弱处焊缝因应力集中而失效。B形式单双耳接头耳板根部设置非对称倒角和采用变截面过渡能有效改善节点处应力集中,提高了单双耳连接节点的力学性能和轻量化水平。

氮化硼颗粒增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为一种轻质高强度材料具有广泛的应用前景。本文综述了当前氮化硼纳米颗粒增强铝基复合材料的研究进展,通过液相法和固相法的分类详细介绍了搅拌铸造、超声辅助铸造、选择性激光熔化(SLM)、热挤压等制备氮化硼纳米颗粒增强铝基复合材料的方法,总结了所制备复合材料的力学性能和功能特性。最后指出了不同制备方法存在的问题,并且对氮化硼纳米颗粒增强铝基复合材料的未来进行了展望。