相变温度对焊接残余应力的影响规律及机理分析

通过对焊缝金属相变温度、相变膨胀应变和焊接接头残余应力的测试 ,分析了相变应力的产生及其对焊接残余应力的影响 ,相变应力不仅能够降低焊缝金属由于热收缩所引起的残余拉伸应力 ,而且在一定的条件下还可以产生残余压缩应力。论述了相变温度对焊接残余应力的影响规律以及获得残余压缩应力的相变温度范围 ,试验证明相变温度在 1 0 0～ 30 0℃范围内 ,焊缝金属可以获得残余压缩应力 ,其中在 1

相变应力及其改善焊接接头的疲劳强度

基于钢铁材料相变体积膨胀的原理,自行研制成功专用低相变点焊条,在自然冷却条件下焊缝金属依靠相变应力可以获得残余压缩应力。利用所研制的低相变点焊条和普通E5015焊条分别对几种典型的接头进行焊接,疲劳试验证明:在2×106循环次数下,前者的焊接接头疲劳强度比后者提高11％～58％。同时还证明焊接接头的应力集中和拘束度越大,疲劳强度的改善效果越加明显。本方法为改善焊接接头的疲劳强度提供了一条新的途径。

粒状组织的相变残余应力

在假设马氏体岛形态和分布的基础上,采用有限元法计算了粒状组织形成过程中的相变残余应力,并讨论了相变残余应力对宏观变形行为的影响.结果表明:粒状组织形成过程中,奥氏体转变为马氏体后将在铁素体基体中产生静水张应力,而马氏体岛承受压应力作用;残余应力随马氏体体积分数和铁素体基体强度的增加而增大,存在临界马氏体体积分数,此时铁素体完全屈服;残余应力是导致空冷粒状组织钢出现连续屈服现象的原因之一,但对屈服强度的影响较小.

半埋藏裂纹金属构件脉冲放电相变应力分析

对含半埋藏裂纹的45钢金属构件进行脉冲放电电磁热止裂强化实验,得出脉冲放电电压与止裂强化效果之间的关系,并对止裂强化前后裂尖形貌及显微硬度进行了对比分析,电磁热止裂强化后,裂尖周围显微硬度得到了大幅度的提高;应用Eshelby等效夹杂原理对脉冲放电止裂后裂纹尖端发生组织转变的相变应力进行了理论计算,结果表明,相变应力为压应力,阻止了裂纹的扩展。研究结果为电磁热止裂技术的实际应用奠定了理论基础。

含单边裂纹构件脉冲放电止裂相变应力分析

对含单边裂纹的40Cr Ni Mo钢构件进行脉冲放电止裂,分析了脉冲放电止裂后结晶区、相变区和基体区的显微硬度变化。结果可知,止裂后的裂纹尖端变得圆钝,曲率半径增大,应力集中得到消除,有效地阻止了裂纹的继续开裂;结晶区晶粒得到细化,相变区晶格畸变及位错密度增大导致塑性变形抗力增大,两者的显微硬度得到了不同程度的提高。应用Eshelby等效夹杂原理对脉冲放电止裂后单边裂纹尖端发生组织转变的相变应力进行了理论和数值计算,最终获得相变应力的计算方程;采用ANSYS有限元软件对于含单边裂纹构件脉冲放电止裂进行数值模拟,验证体积变化和屈服强度变化对相变应力的影响。最后,简述了含单边裂纹构件脉冲放电止裂技术对于异种材料焊接裂纹的止裂修复工程应用。

含埋藏裂纹构件脉冲放电相变应力分析

对带有圆形埋藏裂纹的40CrNiMo金属构件进行了脉冲放电止裂强化实验。通过对脉冲放电后裂纹尖端的宏观形貌、相变区域与基体区的化学成分及显微硬度进行对比分析,发现相变区的组织得到了细化,其显微硬度得到大幅度提高;应用含有热源的非齐次非稳态热传导方程、相变动力学及等效夹杂等理论推导出了裂尖相变区域的相变应力理论公式。结果表明,裂尖附近相变区域形成了相变压应力,验证了电磁热效应对埋藏裂纹的扩展起到抑制作用。

γ-TiAl基双相合金等温分解初生片层组织的相成分与相变应力

应用X射线衍射测定了过饱和α2单相的Ti—45％Al合金在950℃等温分解过程中，初生片层形成时的γ相转变分数及α2和γ相晶格参数的变化.结果表明，初生片层中α2相是亚稳相，其成分可以由自由能成分曲线的亚稳态α2相与γ相自由能成分曲线公切线的切点确定，该成分的确定对定量计算合金自由能及发生不连续粗化的转变驱动力有十分重要的作用;等温分解过程中原α晶粒内部将产生相变应力，在垂直于初生片层的方向上可以产生约50MPa的压应力。

应力对钢中贝氏体相变的影响

外加应力使贝氏体相变形核率增大,等温孕育期缩短,即使所加应力远低于母相的屈服强度,由于钢中γ→α+γ的形核驱动力较大(约为kJ/mol数量级),贝氏体相变的膨胀应变能很小,过小的外加应力对形核率的影响甚微,考虑在外加应力的影响下,会使界面能量有所下降,也可能发生碳原子的再分布,偏聚在晶界或其它缺陷,甚至碳化物析出都会显著地增大形核率和缩短孕育期,有待进一步实验给予证明,无应力下,贝氏体相变动力学可以用Avrami的等温相变方程来表述;应力下则符合应力下铁素体及珠光体相变的动力学模型(经修改的Avrami方程),形变奥氏体促发贝氏体相变,但随后会发生奥氏体的力学稳定化,其机制可能和马氏体相变时的奥氏体力学稳定化不完全相同,仅形变形成的位错阻碍贝氏体以一定位向长大,使相变动力学迟缓,贝氏体相变时奥氏体力学稳定化的模型有待建立。

考虑相变影响的热弹塑性本构关系及淬火过程的应力解析

本文给出一种合相变的热弹塑性本构关系,它适用于金属材料淬火等伴有金相组织变化过程的应力、变形解析,作为算例,用有限元方法计算了一个齿轮渗碳淬火处理过程的含碳量、溫度、金相组织、应力分布,并同实验数据作了比较。

应力诱导相变增韧的研究

本文提出了一个新的应力诱导相变条件,并利用夹杂理论和统计方法研究了相变夹杂粒径、剪切变形对陶瓷材料断裂韧性的影响.

激光增材制造相变诱导型高熵合金的研究进展

高熵合金是以4种及以上元素为主元的合金,热力学上存在高熵效应,动力学上呈现迟滞扩散效应,晶体学上表现为晶格畸变效应,使用时展现出鸡尾酒效应,具有良好的力学性能和耐腐蚀性。相变诱导塑性高熵合金通过在变形过程中发生马氏体相变,延迟了裂纹的产生,同时提高了金属的加工硬化率,解决了塑性-强度难题,具有极大的研究潜力和应用前景。铸造高熵合金存在偏析严重、晶粒粗大等缺陷,成形样品力学性能差。增材制造具有局部熔池快速凝固的特点,成形的高熵合金成分均匀、晶粒细小,力学性能远高于铸件。本文阐述了增材制造成形相变诱导塑性高熵合金的显微组织、力学性能、组织演变、耐蚀性等方面的研究进展,并展望了未来的研究方向。

金属热处理中的残余应力分析与控制策略

金属热处理过程中形成的残余应力对材料的性能有深远影响。通过分析热处理过程中的残余应力形成机理、分类及其对金属性能的影响,文章提出了一系列控制策略。这些策略包括合理设计热处理工艺参数、采用适当的冷却技术与方法以及实施后续热处理和机械加工的应力释放方法。研究表明,上述方法可以显著改善金属材料的机械性能、疲劳寿命和抗腐蚀性能,为冶金行业研究提供可靠的技术支持。

利用低相变点焊条改善焊接接头的疲劳强度

依据奥氏体转变为马氏体时的体积膨胀原理 ,自行研制成功低相变点焊条(LowTransformationTemperatureElectrode ,LTTE)。低相变点焊条的熔敷金属组织为低碳马氏体和残余奥氏体 ,其相变开始点MS 在 140～ 32 5℃之间 ,相应变结束点Tf 在室温附近。在焊接冷却至低温阶段 ,焊缝金属发生马氏体相变 ,相变体积膨胀将会降低焊接热场造成的残余拉伸应力 ,甚至出现残余压缩应力 ,从而提高了焊接接头的疲劳强度。利用所研制的低相变点焊条和普通E5 0 15焊条分别对具有较大焊接残余应力和较大应力集中的纵向角接板焊接接头进行焊接 ,疲劳试验证明 ,前者焊接接头的疲劳强度比后者提高 40 %左右 (在 2× 10 6循环次数下 ) ,疲劳寿命提高 2 5倍。

Cr5支承辊用钢马氏体相变的相变塑性研究

以Cr5支承辊用钢为研究材料,采用热模拟实验对单轴应力作用下马氏体相变的相变塑性进行了研究。介绍了从径向膨胀曲线分离出相变塑性应变的数据处理方法,并讨论了该方法带来的误差,分析了马氏体相变动力学对实验结果的影响。实验结果表明,在Cr5支承辊用钢马氏体相变结束时,相变塑性应变与应力成线性关系,Greenwood-Johnson模型中的相变塑性参数是与应力无关的常数。

Ti_(49.4)Ni_(50.6)超弹性弹簧的相变和形变特性

用示差扫描量热仪、拉伸实验和应力-应变循环实验系统研究了退火温度、变形温度以及热循环和室温应力-应变循环对Ti_(49.4)Ni_(50.6)超弹性(SE)弹簧的相变和形变特性的影响,冷加工加中温退火态Ti_(49.4)Ni_(50.6)合金冷却加热时的相变类型为母相B2R相马氏体B19’,随退火温度升高,马氏体转变温度升高,R相转变温度降低,623-773K退火态Ti_(49.4)Ni_(50.6)弹簧室温下可获得SE特性,随变形温度升高,SE弹簧刚度增加;当退火温度超过823K后,SE特性变差,热循环时SE弹簧的切变量取值越小,其应变恢复率越高,预循环训练可增强SE的稳定性。

（225）马氏体的相变及亚结构形成的位错理论

本文提出（２２５）马氏体的惯习面为旋转了的（１１２）γ面，并研究了相变位错，确定了相变位错的Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量。由计算的相变应力所预言的亚结构，与实验符合的很好。

单向拉伸镍钛合金带从奥氏体到马氏体的相变分析

单向拉伸镍钛合金带中从奥氏体到马氏体的相变已在实验中观测到,并被看作为局部变形进行了数值模拟.该文采用相变理论对其进行分析,考虑了两相界面处变形梯度的跳跃以及Maxwell关系,导出了相变的控制方程.相变分析归结为寻求载荷的最小值,使在该值下控制方程具有唯一的、物理上可以接受的实数解.控制方程被数值求解,证明了该唯一解确实存在.相变的Maxwell应力,马氏体相与奥氏体相内的应力与应变,以及相边界的倾角都可求出,并与实验所观测到的结果相吻合.

磨削速度对工件磨削淬硬层表面残余应力分布的影响

磨削加工广泛运用于精密零件的生产及加工,然而磨削加工所带来的一些危害仍然是无法避免的而残余应力是主要的危害之一。通过磨削淬硬加工试验得出了不同磨削速度下残余应力的分布并且通过有限元软件ANSYS对工件表层热应力进行数值模拟从而推导出不同磨削速度下工件表层相变应力的分布情况。

考虑相变诱导塑性的埋弧堆焊过程数值模拟方法研究

目的通过数值计算预测埋弧堆焊修复失效轧辊工艺过程中相变塑性应力、组织相变对堆焊效果的影响。方法利用CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)方法计算了堆焊材料温变物性参数,基于COMSOL多物理场耦合平台,对轧辊埋弧堆焊过程的瞬态温度场、马氏体相成分及相变诱导塑性(TRIP)应力演变过程进行了数值计算。结果轧辊堆焊过程的温度场分布、马氏体相变均对传热速率影响敏感。靠近基体一侧的焊缝,相比于堆焊层其传热更快,导致马氏体相变更加迅速,其相变塑性应力值呈更大的宽带分布。冷却过程中因马氏体相变使焊缝热影响区的应力值缓慢下降,焊件完全冷却后的残余应力最大值为376 MPa,马氏体相占比为94%。采用Zeiss-∑igma HD场发射扫描电镜观察了轧辊堆焊切片金相组织,验证了模型的准确性。结论该数值模拟方法能准确预测轧辊埋弧堆焊过程中塑性应力变化及组织演变规律,为减小和消除残余应力提供了有效途径与方法,且为预防轧辊堆焊层开裂等缺陷提供了一定的理论基础。

考虑土石混合体“颗粒破碎-剪切参数-含水率”相关性的力学特性研究

抽水蓄能电站建设产生大量土石混合料堆积形成弃渣坝,渣体结构松散、级配差、重度大、透水性强,若遇强降雨,将严重影响其安全稳定性。现以弃渣坝土石混合体为研究对象,探究其在不同应力状态下应力-应变发展规律、变形强度特性,以及剪切前后颗粒级配定量研究。试验结果表明:随着含水率增加,混合体试样的抗剪强度降低,应力-应变曲线整体呈现硬化趋势,含水率的增加降低了非线性内摩擦角,黏聚力呈现先减小后增大的趋势;随着试样含水率增大,表征其变形特性的相变应力比减小,体变量减小,剪胀特性影响减弱,随着围压增大,结果与上述一致。通过对混合体剪切前后颗粒级配测定,引入颗粒破碎指标探究土石混合体颗粒破碎-剪切参数-含水率相关性分析,结果表明,当含水率增加且颗粒破碎增大时,抗剪强度减小幅度变大,对坝体的安全影响更为明显;当含水率和破碎程度减小时,结果反之。最后,通过引入破碎参数进行了邓肯-张模型修正,并基于试验结果论证了模型的适用性,以期为后续弃渣坝结构安全稳定提供借鉴。