考虑高温蠕变损伤的服役金属屈服强度模型探析

在役设备长期承受高温高压且无法预测其重要力学性能指标,有必要建立考虑高温蠕变损伤的屈服强度模型。传统屈服准则未考虑温度的影响以及材料有效杨氏模量随损伤下降的趋势。在阐述金属温度相关性屈服强度理论模型和K-R蠕变损伤本构方程的基础上,通过建立服役杨氏模量与蠕变损伤内变量的内在联系,推导出考虑高温蠕变损伤的服役金属屈服强度模型。以SA508-Ⅲ钢材料为例,开展了蠕变中断+高温拉伸试验,理论计算与试验结果呈现一致性。

镁含量对超高强铝合金屈服强度淬火敏感性的影响

通过浸入式末端淬火、室温拉伸测试、电导率测试、相图和连续冷却转变曲线计算、扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜等方法,研究了Mg含量(1%、2%、3%,质量分数)对Al-9Zn-xMg-1Cu合金屈服强度淬火敏感性的影响。结果表明:Mg含量越高,合金屈服强度随着淬火速率减小而下降的比率越高,即淬火敏感性越高。合金中的淬火诱导相均为η相和T相,Mg含量升高提高了这些相析出的临界淬火速率,同时增加了它们的数量和尺寸。结合电导率和淬火诱导相面积分数结果,从淬火诱导相的析出驱动力和非均匀形核位点数量差异的角度,探讨了Mg含量影响合金淬火敏感性的机理。

利用努氏硬度表征金属的弹性模量和屈服强度

为利用努氏硬度表征金属材料弹性模量和屈服强度,提出了Marshall和Conway的修正模型表征弹性模量,以及Lockett、Yu、Marsh、Johnson和Vandeperre的修正模型表征屈服强度,开拓了努氏硬度表征金属材料力学性能的新应用。选取35种金属进行努氏硬度试验,利用Meyer定律、弹塑性变形模型、Hays-Kendall模型和比例试样模型对努氏硬度的正压痕尺寸效应(硬度随载荷的减小而增大)进行了分析,可以用大载荷下趋于稳定的硬度值代表材料的真硬度。首次考虑金属材料在努氏压痕短对角线处材料堆积的影响,Marshall模型和Conway模型进行了修正:Marshall模型中原有的常参数α修正为b/d(努氏压痕短对角线与长对角线的比值)的二次函数;Conway模型引入了与b/d的平方呈线性关系修正系数β。通过比较文献中与原模型计算的屈服强度,引入修正系数k,首次获得了基于努氏硬度利用Lockett、Yu、Marsh、Johnson和Vandeperre模型计算金属屈服强度的修正模型。结果表明:除Ti6Al4V和Sn外,修正模型与仪器化压入得到的弹性模量一致,置信度不低于0.94;除60Si2Mn弹簧钢外,修正后得到的屈服强度与文献值一致,置信度不低于0.90。

氦泡对Cu/Nb层状材料界面拉伸屈服强度影响的分子模拟

基于分子动力学方法模拟研究了含氦泡Cu/Nb层状材料的界面拉伸屈服强度,考察了氦泡内压、氦泡尺寸和层厚对界面拉伸屈服强度及其变形机理的影响.研究结果发现,界面氦泡可以诱导界面位错成核,改变层状材料微观演化过程,显著降低了Cu/Nb层状材料的界面拉伸屈服强度.界面拉伸屈服强度随氦泡直径增大而减小,表现出明显的尺寸效应.典型的3 nm直径的平衡氦泡使得界面拉伸屈服强度(上屈服极限)相对于无氦泡情况降低约12%,而直径为6 nm的平衡氦泡使得界面拉伸屈服强度下降约33%.研究还发现,层厚对Cu/Nb层状材料的上屈服极限影响甚微,而对下屈服极限影响显著.前者归因于Cu/Nb界面的结构对称性和加载方式的对称性,使得界面应力及位错成核应力对层厚不敏感;后者则归因于层厚的增加给位错运动和演化提供了更大的空间,导致应力在屈服阶段的快速下降.

金相组织对5754铝合金屈服强度及屈服点延伸率的影响

屈服强度对零部件的冲压变形有着极大的影响,而吕德斯带则严重影响零部件美观,可以通过拉伸实验中的屈服点延伸率评估吕德斯带严重程度。利用拉伸试验机、金相显微镜、电导率仪等设备,研究了晶粒尺寸与Mg原子存在状态对5754铝合金板材的屈服强度与屈服点延伸率的影响。当板材晶粒尺寸介于16~26μm时,随着晶粒尺寸增大,板材屈服强度降低,屈服点延伸率减小,板材屈服强度与晶粒尺寸d^(-1/2)呈线性关系,而板材屈服点延伸率与晶粒尺寸d呈线性关系。通过改变板材退火后的冷却速度调整Mg原子存在状态,当冷却速度变慢时,Mg原子容易形成Cottrell气团,使板材屈服强度提高,屈服点延伸率增大。

碳氮化物析出行为对钒微合金化套管钢屈服强度的影响

钒微合金化套管钢调质处理后的屈服强度对回火温度有较高的敏感性。研究了碳氮化物析出行为对钒微合金化套管屈服强度的影响。分析了钒微合金化的作用与N含量的关系,研究了VN和VC的析出行为以及析出相的强化作用。分析认为:V含量与材料热处理后的强度波动存在近似定量关系,V含量每增加0.03%,在回火温度变化10℃时将产生3~4 MPa的附加屈服强度波动。因此,可据此对钒微合金化钢种进行成分优化设计和产品性能控制,以增加实际生产中套管强度指标的稳定性。

深水ROV工具篮子结构设计载荷与屈服强度分析

水下机器人ROV(remote operated vehicle)工具篮子用于在陆地和深海中储存ROV安装工具,除方便ROV进行操作外,同时给ROV工具提供保护,能够很好地适应深远海环境,是水下生产系统的重要组成部件。其深海安装作业风险高、要求严,研究其安装全过程工况的强度性能对确保整个水下生产系统平稳运行具有重要作用。针对南海陵水气田使用的ROV工具篮子深海多种典型工况,计算得到设计载荷,然后对其进行有限元建模分析,计算不同载荷工况下的应力响应,对结构的屈服强度进行校核,以确保整体结构强度满足安全规范要求。计算结果表明:ROV工具篮子在多种提升工况、冲击工况以及运输工况下结构屈服强度均满足规范要求,在此基础上,指导现场使用的ROV工具篮子设计,整个海上安装及水下运行安全可靠。研究成果可为ROV工具篮子以及类似水下结构物的结构设计和深海安装提供理论基础和技术参考。

冷轧DC01钢板屈服强度偏高的原因

冷轧DC01钢板屈服强度高于要求的≤240 MPa。为此对屈服强度偏高的冷轧DC01钢板进行了化学成分分析、金相检验以及冷轧压下率、退火工艺和平整延伸率的复查。结果表明:钢板的含氮量偏高,退火过程中析出的AlN量过多,阻碍晶粒的回复和再结晶,导致其屈服强度偏高。通过控制DC01钢的含氮量≤60×10^(-6)和调整退火工艺,冷轧DC01钢板的屈服强度达到了要求。

Q355XG钢冷轧板屈服强度较低的原因

连续退火后的冷轧Q355XG钢板的屈服强度常常低于国标要求。为此,检测了屈服强度不合格的冷轧板的化学成分和力学性能符合和不符合要求的冷轧板的显微组织,并通过退火处理进行试验验证。结果表明:Q355XG钢冷轧板屈服强度偏低主要是退火温度过高所致。为确保Q355XG钢冷轧板的力学性能符合要求,其退火温度应高于Ac120~30℃。

塑性材料拉伸时加载速率对屈服强度影响的分析研究

通过对塑性材料在常温下进行不同加载速率的拉伸试验,分析加载速率与材料屈服强度之间的关系,并通过最小二乘法拟合、指数函数拟合、对数函数拟合、幂函数拟合和拉格朗日插值拟合进行加载速率与材料屈服强度之间的曲线拟合。曲线拟合结果表明:屈服强度关于加载速率增加而增大,屈服强度从最小值283.67KPa,增大至303Kpa,增大值所占比例为6.38%~6.81%;六阶曲线拟合图最能反映屈服强度与加载速率的关系。

海底无缝钢管屈服强度偏低原因分析

无缝钢管为海底油气输送管道的一种常用类型,其在制造过程中可能出现各种质量问题。本文针对某钢厂生产的φ168.3 mm×14.3 mm X65QO海底无缝钢管出现热处理后屈服强度偏低的问题,从化学成分、生产设备、工艺参数等方面进行了调查分析,最终通过多次试验提出了“加大外淋水流量和提高淬火温度”的解决方案,从而保证了钢管的质量和管线的本质安全,为后续类似问题的解决提供了参考。

屈服强度890MPa级实心焊丝力学性能研究

采用研制的屈服强度890MPa级的实心焊丝进行焊接试验,通过单因素法研究保护气体、焊接速度、道间温度3个因素对焊缝金属力学性能的影响。结果表明:该焊丝采用Ar+(5%~20%)CO_(2)均可满足力学性能指标要求;焊接速度为15~43cm/min时,随着焊接速度的增加,屈强比增加,冲击吸收能量先增加后降低,焊接速度为21~23cm/min时,焊缝具有良好的综合力学性能;道间温度为70~200℃时,随着温度的升高,焊缝强度降低,伸长率升高,当道间温度在100~150℃时,焊缝具有良好的强韧匹配,当道间温度达到180~200℃时,强度不满足要求。选用熔敷金属性能较优的工艺参数开展对接焊接试验,接头具有良好的力学性能。

基于ASO-BP神经网络的屈服强度预测技术研究

针对传统屈服强度预测模型通用性较差的问题,提出一种采用原子搜索优化算法优化BP神经网络,建立多类型合金屈服强度预测模型的方法。以Kaggle公开数据为研究对象,对89种钢合金建立ASO-BP神经网络屈服强度预测模型,同时与PSO-BP,GA-BP,BP神经网络模型对比。结果表明:ASO-BP预测模型平均绝对百分比误差(MAPE)为6.98%,相关系数达到0.98716,效果优于其他对比模型。验证了预测多种类型合金屈服强度的合理性和可靠性,为工程实际应用和合金屈服强度检测提供较好的辅助判断。

综合考虑尺寸和应变速率的单晶Ni_(3)Al屈服强度的理论模型

为了综合考虑尺寸和应变率效应对单晶延性材料屈服强度的影响,建立基于位错形核机制的理论模型。以Ni_(3)Al为例,首先,通过分子动力学模拟结果拟合出材料参数;然后,通过材料参数构建屈服强度的理论曲面;最后,用现有实验数据检验该理论模型。通过现有第三方单晶铜和金的分子动力学和实验数据对该模型进行检验。结果表明,该模型可以跨越分子动力学和实验条件之间巨大的空间和时间差异,从而得到单晶Ni_(3)Al、铜和金的可靠力学性能。

中碳合金钢奥氏体变形应力应变分析及屈服强度的预测

奥氏体变形会影响合金钢中的相变和组织,奥氏体变形时的应力-应变影响因素比较复杂,涉及变形温度、应变速率甚至应变诱导相变的影响。本文以0.38C-1.44Si-0.82Mn-0.9Cr-0.25Mo-0.078V钢为对象,在Gleeble3500试验机上进行热模拟压缩变形实验,研究了不同变形温度下应力-应变的变化规律以及变形压缩样品的显微组织。结果表明,随着变形温度增加,应力逐渐降低,当变形温度为400℃时,因过冷奥氏体变形会诱发相变,产生了束状组织,导致应力随应变急剧增加,相较于其它较高温度的变形,呈现更大的加工硬化现象;此外,通过添加拟合参数对现有Medina模型和Eres-Castellanos模型进行拟合修正,使用修正后的模型计算本实验钢的屈服强度,结果表明其预测屈服强度与实际屈服强度基本吻合,建立了本实验钢奥氏体屈服强度预测模型,可以为其奥氏体变形工艺提供指导。

预测单相FCC高熵合金在宽温度范围内屈服强度的物理模型

针对单相FCC高熵合金,开发一个基于物理背景的温度相关性屈服强度模型,该模型无拟合参数。模型考虑晶格摩擦应力、固溶强化、晶界强化、位错强化的温度相关性及其随温度的演化对合金整体屈服强度的影响。结果表明,模型成功地捕获温度、材料参数和屈服强度之间的定量关系。仅通过使用在室温下容易获得的参数就可预测不同温度下合金的屈服强度。在宽温度范围(4.2~1273 K)内,可获取的17组实验数据验证了模型的准确性。此外,还定量分析和讨论4.2~1273 K范围内不同强化机制对屈服强度的贡献,提出提高温度相关性屈服强度的建议。

比较不同压头提取离子辐照后低活化铁素体/马氏体钢屈服强度的差异

采用Berkovich压头和球形压头提取了550℃时不同辐照剂量辐照的低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢的屈服强度并进行比较。结果表明:无论使用何种压头测量,辐照后低活化铁素体/马氏体钢均表现出明显的辐照硬化,但随着辐照剂量的增加,硬化程度呈现先增大后减小的趋势。对于未辐照样品,两种压头提取出的屈服强度值差异较小,但均高于样品的拉伸屈服强度。而对于辐照样品,球形压头提取出的屈服强度显著高于Berkovich压头,两者最大差距达到43%。对比辐照前后压头提取的屈服强度差值Δσ_(y)可知,相较于Berkovich压头,球形压头所获得的Δσ_(y)更接近于中子辐照样品的Δσ_(y)。压头形状、压入深度和堆积效应(pile-up)是导致两种压头Δσ_(y)差距显著的主要原因。

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响至关重要。本文以抗拉强度与屈服强度作为成形质量指标,系统地分析了压下量、预热温度、进给比和摩擦条件等工艺参数对铸筒旋压件强度的影响。结果表明:随着压下量的增加,管的抗拉强度与屈服强度增加;随着预热温度的上升或者进给比的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少;随着摩擦系数的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少,但变化不明显。

冷轧变形程度对316L不锈钢硬度和强度比例关系的影响

采用两辊轧机对粗晶态316L不锈钢进行不同变形程度的轧制,研究不同冷变形程度对316L不锈钢硬度-屈服强度比例关系的影响。结果显示:随着冷轧变形程度的增加,材料中出现大量的位错、变形孪晶等形变缺陷,同时,马氏体相含量也增加。随着变形程度的增加,硬度与屈服强度的比值逐渐趋向于3,这主要是由于冷变形极大地削弱了316L不锈钢原有的加工硬化能力。

双向拉伸试样测试区域尺寸对DH780屈服行为的影响

为了探究十字双向拉伸试样测试区域尺寸对高强钢屈服行为的影响,以DH780双相钢为研究对象,参考ISO标准十字试样,开展了不同测试区域尺寸试样的双向拉伸实验对比研究;为了使小型十字试样获得的实验结果与ISO标准试样相同,通过正交实验优化了十字试样的几何尺寸。结果表明,在等双拉加载条件下,随着测试区域尺寸的减小,实验获得的双轴各向异性r值基本相同。而双轴等效屈服应力先减小后增大,其核心原因是不同尺寸试样中心测试区域的变形程度不同;对于测试区域尺寸为8 mm×8 mm的小型十字试样,其主要几何参数对实验结果的影响程度排序为:狭缝数量>臂间圆角半径>狭缝长度;优化后的8 mm×8 mm新试样与ISO标准30 mm×30 mm试样的实验屈服轨迹点相对差值相较于原始试样的6.90%减小到2.36%。