Ti-44Al-6Nb-2Fe合金低温超塑性及高温拉伸组织演化

为改善高Nb TiAl基合金的热变形能力,本研究利用Fe部分替代高Nb TiAl基合金中的Nb,熔炼制备新型高Nb含Fe的Ti-44Al-6Nb-2Fe合金。首先对合金铸锭进行包套锻造,再对锻造合金在800~1 000℃、1×10^(-4)s^(-1)初始应变速率下进行高温拉伸实验,对合金的高温拉伸变形行为和组织演化行为进行研究。结果表明,合金中含有较多B2相,占30%~40%,随高温拉伸温度升高,合金动态再结晶作用增强,位错减少,晶粒尺寸增大,晶粒长径比降低,这些组织演化特征与合金的应力-应变状态和热变形能力提升相对应。合金在800℃和850℃拉伸变形时,B2相为硬脆相,B2相及B2/γ相界面处的应力集中导致该区域形成大量裂纹及孔洞(800℃时孔洞百分比为14.5%),延伸率较低(800℃时延伸率为123.1%),甚至发生提早断裂,试样断裂处颈缩现象明显;合金在900℃拉伸变形时,应变速率敏感指数m=0.284,延伸率明显提高(900℃时延伸率为163.0%),试样断裂处仍有颈缩现象;合金在950℃和1 000℃拉伸变形时,B2相转化为“软”相,发挥了很好的应力-应变协调作用,B2相与γ相之间发生了广泛的晶界滑动,组织中几乎无裂纹孔洞出现,延伸率陡然提高(950℃时延伸率为307.9%),试样断裂处无颈缩现象,合金具备超塑性,但该合金在TiAl基合金中属于低温超塑性。较高的B2相含量及其所发挥的优异的应力-应变协调作用是该合金具备低温超塑性的重要原因和特色之处。

基于应力三轴度的铸态42CrMo钢高温拉伸断裂行为分析

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对不同缺口半径(0.5,1.0,2.0,4.0 mm)的铸态42CrMo钢缺口试样进行不同温度(1223,1273,1373 K)下的热拉伸试验,基于应力三轴度分析了其高温拉伸断裂行为。结果表明:较高拉伸温度下缺口试样的流变应力较小;随着缺口半径减小,缺口试样流变应力和峰值应力增加,断裂应变减小;当缺口半径为0.5,1.0 mm时,应力三轴度最大值向最小横截面圆心转移;当缺口半径为2.0,4.0 mm时,拉伸过程中最小横截面圆心处的应力三轴度始终最大;随着缺口半径增加,应力三轴度减小;温度由1223 K升至1373 K,试样断口组织平均晶粒尺寸增大;缺口半径由0.5 mm增加至4.0 mm,平均晶粒尺寸增大,微空洞且尺寸及面积分数增加。

铸造镍基高温合金K417G中高温拉伸断裂机理研究

研究了高温合金K417G热等静压热处理后700℃和950℃时拉伸的断裂机制,使用万能试验机进行中高温拉伸试验,通过扫描电子显微镜对组织、断口形貌、断口纵截面进行观察。结果表明:热处理后试样枝晶形貌明显,枝晶干上γ′相立方度较高,尺寸为0.4~0.5μm,且排列整齐,枝晶间有尺寸为1.5~2.6μm的花瓣形γ′相析出。与700℃时试样的拉伸性能相比,950℃时抗拉强度降低了46.3%,而伸长率提高了200%,这说明高温拉伸强度降低,塑性增加。中温拉伸时,枝晶间长条形碳化物是断裂的主要裂纹源及扩展通道。而高温拉伸时,晶界处的碳化物、共晶成为裂纹源,裂纹沿晶界扩展,形成了沿晶断裂形貌。

基于小冲杆试验评价钛合金的高温拉伸性能

基于能量密度等效理论,提出依据塑性弯曲阶段载荷-位移曲线,获取均匀连续、各向同性的钛合金圆片试样应力-应变曲线的小冲杆试验新方法;采用该方法预测得到不同名义屈服强度和硬化指数组合工况下假想材料的应力-应变数据,并与有限元预设曲线进行对比;基于小冲杆试验获得的TC4合金在室温、高温(400℃)下的载荷-位移曲线,采用上述方法获得该合金的真应力-真应变曲线,并与单轴拉伸真应力-应变曲线进行对比。结果表明:预测得到的假想材料应力-应变数据与有限元预设曲线之间的符合优度均高于0.96;预测获得的室温和400℃下TC4合金的真应力-真应变曲线与单轴拉伸曲线之间的符合优度均高于0.97,屈服强度和抗拉强度的最大相对误差分别为4.86%和4.63%,验证了该新方法的有效性。

热处理对激光选区熔化GH3536合金高温拉伸性能的影响

利用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术可近净成形GH3536合金复杂零件,其高温力学性能是能否安全服役的重要考量指标,本工作研究热处理对SLM成形GH3536合金的微观组织与高温拉伸性能的影响。在1225℃下进行1 h热处理以探究组织性能调控机制,测试GH3536增材试样沉积态与热处理态高温下的拉伸性能,采用扫描电镜研究热处理前后增材GH3536试样的微观组织演变。结果表明:热处理可有效消除晶粒内部的胞状亚晶结构,使位错滑移能力显著增强,其在室温、650、815℃环境下断裂伸长率分别提高75%、92%、683%;另外,柱状晶纵横比的减小使热处理试样的各向异性显著降低;断口分析表明随着拉伸环境温度的增加,热处理试样的断裂模式由沿晶断裂转变为混合断裂。

金属材料高温拉伸试验控制模式及试验速率的选择

对GB/T 228.2—2015金属材料高温拉伸试验标准中的方法A和方法B从控制模式、试验速率要求两方面进行了分析解读,选用不同方法和速率从应力-应变曲线、应变速率-时间曲线、屈服强度三方面分析,并对分析设定不同试验速率进行验证。结果表明,采用引伸计反馈控制实施方法A1,实际应变速率波动超差,应力-应变曲线易发生畸变,对Rp0.2的测试结果造成误判;采用横梁位移反馈控制实施方法A2和方法B,选择合适的试验速率,测定参数的应变速率能够满足标准要求,可以获得稳定可靠的应力-应变曲线和较为一致的试验结果。

3Al AFA钢的高温拉伸变形行为

采用金相、电子背向散射衍射、高温拉伸试验和扫描电镜观察等手段研究了不同温度下3Al AFA不锈钢高温短时力学性能,600~750℃下以0.2 mm·min^(-1)的拉伸速率进行高温拉伸测试。结果表明,3Al AFA钢的短时力学性能与拉伸温度密切相关。当拉伸温度从600℃升高到750℃时,试验钢的抗拉强度减小;因其发生动态再结晶,屈服强度在700℃时有略微升高,试验钢的伸长率在700℃时大幅升高。在室温拉伸过程中,试验钢出现明显的颈缩现象,随着拉伸温度的升高,拉伸过程中的颈缩现象不明显,出现韧窝与解理断裂混合断口。EBSD分析表明,随着拉伸温度的升高,由于动态再结晶的发生,小角度晶界向大角度晶界转变。大角度晶界从室温时的7.69%增至700℃时的12.04%,而典型再结晶取向{001}<110>旋转Cube织构增强。

2A12铝合金高温拉伸热力耦合仿真模拟

采用实验与仿真的方法,先将试样加热到490℃保温50 min,取出立即进行水冷,获得固溶态2A12铝合金,设置320~380℃三组不同实验温度和0.18~9 s-1四种不同拉伸速度进行拉伸,研究2A12铝合金加热到不同温度以不同拉伸速度进行拉伸对力学性能的影响。实验结果显示,相同温度下应力随着拉伸速率的升高而升高,而相同拉伸速率下应力随着温度的升高而降低。在ABAQUS/Explicit平台开展仿真研究,绘制拉伸试样模型,把实验数据分别导入模型中,设置热变形和损伤模型等相关参数,导出的仿真结果与实验结果吻合较好,表明所建立的热力耦合仿真模型能较好模拟2A12铝合金的单轴拉伸行为。

C/SiC复合材料在典型模拟环境下高温拉伸性能研究

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备的C/SiC复合材料为对象,研究了C/SiC复合材料在典型模拟环境下的高温拉伸性能,首次获得了约3 000 s时间不同变状态条件下材料的高温拉伸性能数据,探讨了不同条件下C/SiC复合材料高温承载行为及其变化规律。研究结果表明,C/SiC复合材料经历约3 000 s复杂阶梯热环境后拉伸强度仍保持60%左右;经历大温度梯度热震后,C/SiC复合材料的高温拉伸性能保持率反而提高,最高保持率超过80%;热震温差越大,热震后保温时间越长,对材料的高温拉伸性能保持和提高越有利。

粉末冶金Fe-2Cu-0.5C钢高温拉伸变形行为

使用Gleeble-3500型热模拟机对粉末冶金Fe-2Cu-0.5C钢在变形温度850~1000℃、应变速率0.1~10.0 s^(-1)下进行高温拉伸测试,定量分析变形温度、应变速率对粉末冶金钢高温拉伸变形行为的影响。通过应力应变曲线计算了该粉末冶金钢高温拉伸过程的断裂功,建立了断裂功与变形温度、应变速率的数学模型。基于Hensel-Spittel模型和BP神经网络模型建立了该粉末冶金钢的本构模型,用于表征其高温拉伸流变行为,并将两种模型的预测结果进行比较。结果表明:所建立的断裂功模型能够描述该粉末冶金钢在不同变形温度和应变速率下的抗断裂能力。Hensel-Spittel本构模型的预测值与实验值的平均绝对相对误差为3.16%,决定系数为0.9743,而BP神经网络模型的预测值与实验值的平均绝对相对误差为0.17%,决定系数为0.9999,说明BP神经网络模型的预测能力更强,能更好地表征粉末冶金Fe-2Cu-0.5C钢的高温拉伸流变行为。

FGH96/IN718惯性摩擦焊接头高温拉伸断裂特征

为了实现航空用FGH96和IN718异质高温合金高可靠连接,为航空发动机关键部件安全评价及寿命预测提供基础数据及理论支持,采用扫描电子显微镜、金相显微镜研究了FGH96和IN718异质高温合金惯性摩擦焊接头显微组织形貌、高温拉伸试样断口形貌和断裂位置.结果表明,焊接接头焊缝区FGH96和IN718均为等轴晶粒组织,晶粒尺寸约2μm,焊缝区γ′和δ强化相基本全部溶解,热力影响区FGH96侧晶内γ′基本全部溶解,IN718侧δ强化相发生部分溶解,短棒状形貌消失,组织为粗细晶共存组织.焊接接头650℃高温拉伸试样均断裂在焊缝区,但平均抗拉强度可达1080.8 MPa,基本与IN718母材等强,高温拉伸试样起裂位置均处于试样边缘焊缝区,裂纹产生的原因主要是由于焊缝区γ′和δ强化相基本全部溶解,强化作用消失,性能降低.裂纹产生后沿晶界由焊缝熔合线向试样内部扩展,当裂纹从试样边缘焊缝区四周同时向试样内部扩展时,在轴向拉力作用下形成“平台+凹坑”状断口特征,当裂纹从试样边缘焊缝区局部位置开始向试样内部扩展时,在轴向拉力作用下形成“平台+剪切”状断口特征.

Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织调控及对高温拉伸性能的影响

应用JMatPro软件、金相显微镜、高温拉伸试验机和扫描电镜研究了浇注温度和模具温度对Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织及高温拉伸性能的影响。结果表明:Al-Si-Cu-Ni-Mg合金的凝固组织主要为α-Al和共晶硅,合金中的强化析出相主要为δ-Al_(3)CuNi、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)、γ-Al_(7)Cu_(4)Ni、ε-Al_(3)Ni和Mg_(2)Si相;当控制浇注温度710℃,模具温度150℃时,Al-Si-Cu-Ni-Mg合金中α-Al晶粒、共晶硅、富Ni相、Q相、Mg_(2)Si相尺寸最小,组织均匀程度和高温拉伸性能达到最佳。

Ti-55511钛合金高温拉伸变形行为及显微组织演变

基于高温拉伸试验,探究Ti-55511钛合金在温度为740~920℃和应变率为0.001~0.1 s^(-1)下的高温拉伸变形行为和显微组织演变规律,用Arrhenius双曲正弦函数模型推导了拉伸变形时的本构方程。结果表明:Ti-55511钛合金在两相区(740~860℃)变形时,流变应力随变形温度的提高和应变率的降低而降低,峰值应力曲线出现由陡到缓的下降,由本构方程计算出两相区变形激活能为559.653 kJ·mol^(-1),显微组织演变规律为在740、770℃变形时,断裂位置中短棒状α相沿合金变形方向被拉长和扭曲,破碎的α相形成等轴晶粒串,变形温度升至800、830℃时,扭曲α相减少,拉长α相变细,等轴晶粒串的数量增多,当温度升至860℃时,等轴α相的含量急剧下降,开始出现β晶界轮廓,破碎的α相细化的同时等轴化程度提高。在单相区(890~920℃)变形时,峰值应力比860℃先增后减,计算单相区的热变形激活能为196.039kJ·mol^(-1),断裂区域等轴β晶粒尺寸随变形温度的升高而增大,晶界呈锯齿状,这与动态回复过程中发生多边化及亚晶长大有关。

X12合金钢高温拉伸行为及Voce本构模型参数反求方法

为了研究X12合金钢的高温拉伸行为,在Gleeble-1500D热/力模拟试验机上进行了温度为900~1200℃、应变速率为0.01~5 s~(-1)的等温拉伸试验,分析了变形参数对该材料高温拉伸行为的影响规律。为了精确确定材料本构模型参数,提出了一种基于多岛遗传算法的反求优化方法。基于拉伸试验数据,采用提出的本构模型参数反求优化方法建立了X12合金钢Voce本构模型。结果表明,X12合金钢的高温拉伸行为呈现出典型的加工硬化和动态回复特性,其流动应力受到温度和应变速率的显著影响。模型预测值与试验值之间的相关系数、均方根误差以及相对误差分布的期望值和标准偏差分别为0.9933、6.36 MPa、0.3057和6.2998,说明采用反求优化方法得到的X12合金钢Voce本构模型能够准确地预测该材料的高温变形行为。

冶炼工艺对A286合金高温拉伸性能的影响

为了研究冶炼工艺对A286合金高温拉伸性能的影响,分别采用真空感应熔炼炉+电渣重熔和电弧炉+VOD炉+LF炉+电渣重熔两种工艺冶炼了不同成分的A286合金。对合金进行了900℃保温2 h水冷的固溶处理和720℃保温16 h的时效处理,并在450、550、650、700、750、800℃进行了拉伸试验。结果表明:固溶和时效处理后采用两种工艺冶炼的A286合金的显微组织均为奥氏体,并有孪晶,晶粒度为9.5级;随着拉伸试验温度的提高,合金的屈服和抗拉强度均降低;由于孪晶和晶界析出相较多,电弧炉熔炼试样的高温强度略高于真空感应熔炼试样;由于杂质含量较高,电弧炉熔炼试样在650~700℃发生脆断,700℃塑性最低。

GH4169镍基合金板材高温拉伸性能研究

利用炉中高温拉伸设备对板厚为5 mm的GH4169镍基合金在7种测试温度(450~1050℃),应变速率分别为0.01和0.001 s-1时进行高温拉伸实验,获得材料在不同温度下的伸长率、屈服强度和抗拉强度,并对其高温拉伸变形行为进行分析,为该合金板材的高温拉伸成形制备和服役性能评估提供数据支持。结果表明,应变速率为0.001 s^(-1),温度高于850℃时,GH4169镍基合金板材的伸长率随着温度的升高持续增大,在1050℃时,伸长率最高可达112%,抗拉强度随着温度的升高持续减小,强度减小至66 MPa,仅为室温下的7.1%。应变速率为0.01 s^(-1)时,GH4169镍基合金板材的伸长率和抗拉强度变化具有相似的规律。温度低于800℃时,伸长率和抗拉强度随温度变化不大,保持了较高的强度;而随温度升高至850℃时,材料产生了明显软化现象,应变硬化指数(n)值随着温度的升高而减小,塑性变形量明显增大。

中锰钢高温拉伸性能研究

利用高真空拉伸试验机对中锰钢进行了室温及高温下的拉伸性能测试,室温下主要针对沿着轧制方向呈0°、45°、90°进行取样;高温拉伸选取0°、90°的试样进行测试,首先将试样统一加热到930℃保温5min后冷却至500~800℃进行试验。结果表明:室温下中锰钢的抗拉强度可以达到1000MPa,沿着0°、90°取样的试样性能较为接近,随着试验温度的升高,材料的屈服强度、抗拉强度明显降低,800℃时,抗拉强度均低于100MPa。温度的升高使得材料的断裂伸长率明显增加,最大接近100%;相比于室温,高温拉伸的硬化指数虽明显减小,但仍维持在较高值且塑性应变比接近1,表明该中锰钢具有良好的冲压成形性能,使用前景良好。

激光选区熔化TC4钛合金的室温及高温拉伸各向异性与断裂机制研究

增材制造TC4钛合金在航空航天领域具有广泛的应用潜力。拉伸性能是增材制造材料实现工程化应用的重要考核指标。本工作系统考察了一种激光选区熔化增材制造TC4钛合金室温和400℃的拉伸性能,研究了材料拉伸各向异性规律及断裂机制,并同TC4棒材、锻件、铸件等的组织与性能进行了对比分析。结果显示,该合金试样水平方向的拉伸强度比垂直方向高50 MPa以上,塑性和弹性模量无明显差异;垂直面和水平面的组织特征差异是造成拉伸强度各向异性的主因,垂直面的柱状晶组织的晶界数量明显少于水平面的细小等轴组织,从而减弱了对位错运动的阻碍。对不同工艺TC4钛合金的拉伸性能进行对比分析显示,激光选区熔化TC4钛合金在室温和400℃下可达到甚至优于国内传统工艺TC4钛合金的拉伸性能水平,但在400℃下试样垂直方向的拉伸强度低于国外的相关锻件数据。

国产Q420D低合金高强度钢的高温拉伸性能

通过对国产Q420D低合金高强度钢进行高温(200~800℃)拉伸试验,得到在不同试验温度下的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断后伸长率以及应力-应变关系,建立了多项式模型、NIST模型和Ramberg-Osgood (R-O)模型,并与国内外的钢结构抗火设计规范进行对比。利用多项式模型和NIST模型对力学参数的折减系数进行拟合;根据不同温度下的应力-应变曲线,基于R-O模型拟合得到Q420D钢的应力-应变本构模型。结果表明,在200~400℃,Q420D钢的强度、弹性模量和断后伸长率与室温相比下降幅度较小﹐温度超过400℃后,其强度和弹性模量下降速率明显加快,断后伸长率急剧增大。

6061铝合金高温拉伸性能的研究

对6061铝合金板进行了高温拉伸实验,研究了不同拉伸温度和应变速率对其微观组织和力学性能的影响。结果表明,拉伸温度350℃时,微观结构中出现细小的再结晶晶粒。6061铝合金组织中强化相的数目与应变速率有关,拉伸温度250℃时,随着应变速率的减小,第二相粒子数目减少。在恒定的应变速率下,6061铝合金的抗拉强度随着拉伸温度的升高而下降;在恒定的拉伸温度下,铝合金的抗拉强度随着应变速率的升高而上升。在温度为350℃,应变速率为10^(-3)s^(-1)时,断后伸长率最大,为50.35%,最低抗拉强度为51 MPa。6061铝合金断口出现大量韧窝,形貌为韧性断裂。随着拉伸温度的升高和应变速率的减小,断口中韧窝比较密集,深度较深,塑性较好。应变速率的减小和变形温度的升高会提升材料的塑性。