高钢级管线环焊缝强度匹配的仪器化压痕法测试研究

为获得在役管线环焊缝强度及与母材的强度匹配情况,选用仪器化压痕法对高钢级管线环焊缝的强度及匹配情况进行检测。为验证仪器化压痕法检测结果的准确性,对经过压痕检测的环焊缝取常规拉伸试样进行检测并对比结果。两种强度测试方法的结果对比表明,压痕测试的屈服强度比拉伸测试结果高约6%、抗拉强度比拉伸测试高约16%。利用阵列硬度对焊缝及母材的硬度分布进行表征,发现焊缝内硬度分层分布、近外壁区域硬度较高,母材硬度相对均匀。仪器化压痕测试的材料为近外壁的高硬度区,拉伸测试的材料为管道壁厚的平均结果,材料性能的沿厚度方向的分布特征是压痕法测得结果偏高的原因之一。

X80管道环焊缝强度的仪器化压痕测试应用

对接环焊缝的强度在高钢级管线中起重要作用。本文利用仪器化压痕法、常规拉伸试验法和维氏硬度法对X80的环焊缝、热影响区以及母材的材料性能进行测试,并比较仪器化压痕法和常规拉伸试验方法获得的强度结果。测试结果表明,仪器化压痕法可以给出对接环焊缝的屈服强度、抗拉强度,仪器化压痕法可以正确反映管线的焊缝与母材的匹配关系,还可以获得焊缝热影响区等更加精细的强度分布。通过对环焊缝进行常规拉伸与仪器化压痕法测得的强度对比发现,上游母材、焊缝中心及下游母材的屈服强度误差分别为6%、6.5%、7.5%,抗拉强度误差分别为16%、5.5%、3%。仪器化压痕法测得屈服强度基本低于常规拉伸的屈服强度,测得抗拉强度高于常规拉伸的抗拉强度。但仪器化压痕法测试结果与常规拉伸试验结果的规律一致,即母材强度大于环焊缝中心强度且上游母材强度低于下游母材。

仪器化压痕试验法测定金属材料的硬度与材料参数

仪器化压痕法是一种新兴的试验方法,不仅可以测量金属材料的硬度,还可以测定金属材料的其他 参数。针对该方法的基本原理、特点以及硬度和其他材料参数的测定进行了介绍。

仪器化压痕法单次加载数据绘制应力-应变曲线计算拉伸试验结果的方法初探

采用压痕仪自动采集的位移数据减去压痕仪的弹性变形量得到压痕深度,进而计算出压痕直径,再根据TABOR提出的关于压痕方法测试拉伸性能的系列关系式,计算出真应力、工程应力和应变,绘制出压痕法的连续应力-应变曲线和lg W-lg d曲线,根据两种曲线计算出抗拉强度、屈服强度和应变硬化指数(n值)。实测数据显示压痕法的连续应力-应变曲线与拉伸法的应力-应变曲线存在显著差异。对压痕法测得的抗拉强度、屈服强度和n值的测量不确定度进行了详细分析,结果表明:抗拉强度的测量不确定度小于抗拉强度值的10%,而n值的相对测量不确定度显著大于抗拉强度的相对测量不确定度,目前尚未找到可靠评估屈服强度测量不确定度的方法。

仪器化压痕法测量焊接残余应力分析

残余应力的测量方法有破坏性、半破坏性和非破坏性方法。这些方法具有各自的特点,破坏性方法往往不能满足在役对象焊接残余应力的测量,而非破坏性方法测量精度较低。基于应力状态下压痕载荷和压入深度之间的关系,使用仪器化压痕方法测量得到金属材料焊接部位的残余应力,并提出通过四点弯曲单向应力标准装置进行验证。同时对S450钢平板的焊接残余应力进行了测量,并将测量结果与盲孔法和切割法进行对比。结果表明仪器化压痕法测量准确可靠,能够有效用于焊接残余应力的快速无损检测。

运用仪器化压痕法的机械结合面力学性能研究

针对平面机械结合面,通过试验研究了不同表面粗糙度的结合面试件在循环压缩载荷作用下的力学行为,并基于仪器化压痕法(Instrumented Indentertion Test,IIT)通过剥层方式测试了压痕深度和塑性变形功沿着结合面层深的分布规律,探讨了结合面模型的应力-应变关系及其在循环压缩载荷作用下的接触机理。与连续体对比,结合面的存在使得试样的应力-应变关系呈非线性。采用仪器化压痕法检测出结合面表层下方发生了塑性变形及塑性累积,形成塑性区和不均匀应力区。在循环载荷工况下,塑性变形增大,并引起不均匀应力区增大,且结合面表面的粗糙度值越大,压应力和塑性变形的增量越大。揭示了结合面的非线性特性和塑性变形机理,为结合面刚度理论研究奠定了试验基础。

仪器化压痕法在在役设备检测中的应用

仪器化压痕技术(IIT)是一种新型的检测在役设备弹性模量、屈服强度、抗拉强度和硬度等力学性能的技术。IIT是通过压头在材料表面下压得到载荷-深度曲线,然后通过分析载荷-深度曲线得到材料的各项力学性能。通过该技术可以实现对在役设备的非破坏力学性能检测。

仪器化压痕技术测试拉伸性能的重复性和准确性

采用新型便携式压痕仪和传统万能拉伸试验机两种测试仪器,对相同种类和尺寸的碳钢试块进行了拉伸性能测试,测试试块的屈服强度和抗拉强度,以验证仪器化压痕试验结果的重复性和准确性。结果表明:仪器化压痕技术测试屈服强度和抗拉强度的重复性较好,准确性较高;不同于现有的破坏性测试设备和评估方法,压痕系统使用无损害、经济和高效的仪器化压痕测试方法,可以通过评估从局部区域的纳米尺度到现有工业设施的宏观属性来提供可靠的解决方案。

仪器化压痕技术的发展和面临的问题

介绍了采用仪器化压痕技术测量不同钢材及焊管的焊缝、热影响区和母材的抗拉强度的方法,还介绍了采用仪器化压痕技术,直接根据载荷和压痕深度计算布氏硬度的方法。

实验参数对高分子树脂纳米压痕硬度测试结果的影响

研究了测试过程中的最大加载力、加卸载时间和保载时间对高分子材料压痕硬度测试结果的影响。结果表明,测试过程中的最大加载力和加卸载时间对均质高分子树脂纳米压痕硬度的测试结果影响较小,保载时间显著影响测试结果,保载时间越长,纳米压痕硬度测试结果越小。

竹地板的球形压入载荷效应

应用仪器化压痕方法对炭化侧拼竹地板的球形压入载荷持续效应和载荷历程效应进行了分析,结果表明:对于球形压入载荷持续效应,载荷越大,压痕深度越大,且压痕深度随时间的延长而增加;与间歇式载荷历程效应相比,连续式载荷历程效应产生较大的压痕深度;间歇式球形压入载荷历程使竹材产生了变形钝化,与载荷持续效应相比,在相同的载荷保持时间内压痕深度减小,而连续式加载历程此特征不明显。

一种新的硬度试验方法及其仪器

介绍国际上一种新的硬度试验方法——用于硬度及材料其他参数测量的仪器化压痕试验方法。简述了万能硬度仪器的结构、原理和各种参数的测量、计算方法 ,并介绍该硬度试验方法在各个领域中的应用及其发展趋势。

仪器压痕技术在役检测材料力学性能

仪器压痕技术最先用来检测材料的硬度。而现在仪器压痕技术也可以用来检测设备材料的机械性能,比如拉伸性能、残余应力。一种新型的便携式仪器压痕设备在检测材料的机械性能的时候具有非破坏性,并且检测结果准确快速,因此,可以用来对在役设备进行评估。

微纳米压痕测试技术:发展与应用

近年来,具有高精度、高通量的微纳米压痕测试技术,已被广泛应用于研究微/纳米尺度下材料力学性能演化规律和变形行为中。然而,在航空航天材料试验测试领域,令研究人员更感兴趣的往往是如何更好地揭示材料工程性能,更好地理解材料在服役环境下变形损伤机制。因此,接近材料真实服役环境(如高/低温、电/磁场)下的微纳米压痕测试系统更具应用潜力。首先对传统的微纳米压痕测试技术进行回顾总结,涉及测试系统的组成、经典分析理论方法及其面临的尺度/尺寸效应。然后,简要描述典型磁电弹性材料在力-电-热-磁多场耦合环境下接触力学行为的解析模型,并着重阐述面向材料实际服役环境下的压痕测试技术的典型应用,包括高/低温纳米压痕测试和电/磁场耦合条件下的纳米压痕测试应用。最后,讨论了目前发展所面临的主要问题和挑战,这对微纳米压痕测试技术的进一步发展和先进应用具有重要意义。

建筑用SM490结构钢焊接接头组织及力学性能的研究

采用金相试验和仪器化压痕试验对建筑用SM490结构钢焊接接头进行了微观组织及力学性能分析,重点研究了压痕试验中应变速率对母材、热影响区和焊缝力学性能的影响。结果发现:SM490结构钢焊接接头局部微区的微观组织差异明显,与母材相比热影响区的晶粒尺寸明显减小,焊缝组织除铁素体和珠光体外还有魏氏体和针状铁素体。仪器化压痕获取的压入曲线可以有效地反映接头局部微区性能失配的问题,应变速率对母材、焊缝和热影响区的屈服强度有明显的影响,压痕试验的应变速率越大,屈服强度越高。

空调TP2M铜管焊接组织对力学性能的影响研究

针对具有焊接结构的管路件的性能薄弱问题,通过对TP2M紫铜进行金相观测、仪器化压痕试验和力学性能测试,研究了微观组织对铜管管路性能的影响。结果表明:随晶粒尺寸增大,管路弹性模量、屈服强度均呈线性下降趋势;在Hall-Petch理论关系中没有考虑晶体的缺陷问题,其屈服强度计算结果比真实值更大些,而基于仪器化压痕的连续刚度测量技术(CSM, continuous stiffness measurement technology)的屈服强度等计算结果更接近实值;随晶粒尺寸增大,不同管径管路的最大工作压力均有下降,通过修正福尔贝公式计算得到的最大工作压力值和试验值吻合良好。

跨尺度模拟硬化水泥净浆力学性能:微观物相的影响

采用纳米压痕实验测量硬化水泥净浆中未水化物、水化产物和孔隙等微观物相的力学性能,并基于背散射电镜(BSE)图像的灰度分析计算各微观物相的含量。在得到各微观物相含量和力学性能的基础上,针对水泥净浆的弹性模量进行均一化建模,并讨论各微观物相及其模量的选取对跨尺度模拟硬化水泥净浆力学性能的影响。通过微米压痕的实测净浆模量验证模型及参数选取的可靠性。提出在硬化水泥净浆力学性能的多尺度模型中,需要选取12GPa作为孔隙有效模量,并将水化产物划分为低密度的水化硅酸钙凝胶(LD-CSH)和高密度的水化硅酸钙凝胶(HD-CSH)两种物相,而不同种类的未水化物可被视作一种物相。在此基础上,使用Mori-Tanaka模型或自洽模型计算得到的净浆模量与实测净浆模量吻合。