复杂应力状态下30CrMnSiA材料低周疲劳性能试验研究

30CrMnSiA材料属于调质钢,在淬火高温回火条件下表现出较高的强度和良好的韧性,被广泛应用于航空航天工业等各大领域。本文以30CrMnSiA材料为研究对象,开展不同应力水平和不同缺口尺寸的低周疲劳试验,重点研究缺口尺寸对低周疲劳寿命的影响规律。利用ABAQUS有限元软件计算了缺口应力集中系数。采用扫描电子显微镜(SEM)研究了30CrMnSiA材料的低周疲劳断裂机理。研究结果表明,缺口半径越小,应力集中系数越大,疲劳寿命越短。断口分析结果表明,缺口试样裂纹扩展区主要表现为穿晶断裂为主的断裂模式,局部可见大量的沿晶形貌,瞬断区呈现大量的韧窝。

30CrMnSiA结构钢表面多功能改性层的性能分析

首先采用不同技术在30CrMnSiA钢表面制备了6种黑色多功能改性层,分别是采用电镀技术制备了纯Cr镀层、纯Ni镀层、纯Zn镀层和Zn-Ni复合镀层,采用低温渗氮+氧化(LTN+O)复合技术制备了LTN+O复合层,以及采用物理气相沉积(PVD)技术制备了PVD涂层,随后利用X射线衍射仪、扫描电镜等对黑色多功能改性层的组织结构进行表征,以及通过显微硬度仪、球-盘摩擦磨损试验机和电化学工作站对其力学性能和耐蚀性能进行测试。结果表明:采用电镀、低温渗氮+氧化复合以及PVD沉积等技术均可在30CrMnSiA钢表面成功制备黑色多功能改性层;在硬度方面,PVD涂层硬度最高,达到1610 HV0.05;在摩擦磨损性能方面,相比30CrMnSiA钢基体,黑色多功能改性层的摩擦系数均略有升高,除纯Ni镀层外,其他改性层的耐磨性能均优于30CrMnSiA钢基体;在结合力方面,PVD涂层和纯Ni镀层的结合力最好,压痕边缘位置无裂纹;在耐蚀性方面,相比30CrMnSiA钢基体,Zn-Ni复合镀层和LTN+O复合层耐蚀性有所提高,其他改性层的耐蚀性有所降低。

30CrMnSiA钢钨极脉冲氩弧焊层间气孔缺陷控制研究

针对5 mm厚30CrMnSiA管U形坡口对接焊,为解决焊缝机械加工后表面裸露链状气孔问题,采用钨极脉冲氩弧焊方法,研究了不同气体流量、焊接电流、焊接层数及层间间歇时间对焊缝层间气孔的影响。结果表明:在送丝速度及转胎速度与焊接电流匹配的条件下,采用10,12 L∕min氩气流量、3层焊接及3~5 min的层间间歇时间可以有效避免焊缝机械加工后表面裸露链状气孔问题。

30CrMnSiA建筑结构钢SHPB高温压缩力学性能分析

分离式Hopkinson压杆加载装置(SHPB)高温压缩有助于提高冶金材料的力学性能,被广泛应用于各种建筑结构钢材的冶金成形领域。为了提高建筑用30CrMnSiA结构钢的力学性能,探究了30CrMnSiA的SHPB高温压缩力学性能分析。研究结果表明:当受热温度不断升高时,流动应力降低,下降幅度随温度变化幅值增大而增大,温度敏感性在此过程中较显著;30CrMnSiA结构钢流动应力更容易受到温度软化效应作用的影响,动态屈服强度在温度升至300℃时表现出更为显著的下降趋势,整体为常温的35%。该研究有助于提高建筑冶金棒材的综合力学性能,提高高层建筑的安全性。

放电电压对Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料电弧烧蚀性能的影响

采用热压烧结法制备Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料,Ti_(3)SiC_(2)颗粒均匀分布于Ag基体上,无团聚和扩散现象。分别在3、6、8和10 kV的放电电压下,对Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料进行了电弧烧蚀试验。结果表明,随着放电电压的增加,电弧能量增加,电弧扩散更加明显,烧蚀面积逐渐增大,烧蚀坑越来越深。Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)材料表面形成喷溅、凸起、气孔和“龟裂”的显微形貌。经过电弧烧蚀后,Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料发生分解,并氧化生成AgO、Ag_(2)O、SiO_(2)和TiO_(2)。

30CrMnSiA薄壁杯形件的强韧化工艺方法

30CrMnSiA薄壁杯形件是广泛应用于谐波减速器柔轮壳体的一类关键基础零部件。文中针对传统采用车削制备的30CrMnSiA薄壁杯形件强韧性不足而导致谐波减速器承载能力较低及寿命较短的问题,提出采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺来实现30CrMnSiA薄壁杯形件的少、无切削高性能制备;并通过拉伸及冲击实验,对比各工序件的力学性能变化规律,对各工序件的微观组织进行了分析。结果表明:旋压-调质工艺可获得具有较高强度的回火索氏体组织,但是材料的塑性降低;时效处理使旋压成形获得的纤维状微观组织进一步细化,并在铁素体基体上析出均匀弥散分布的细小碳化物;在300℃+6 h时效处理时可同时获得较高的强度和良好的塑性。相比调质后车削成形,采用形变-热处理相结合制备的30CrMnSiA薄壁杯形件的屈服强度和抗拉强度分别提高了93.65%和47.88%,硬度提高了26.87%,冲击强度提高了12.01%,同时还具有较好的塑性,断后伸长率和断面收缩率分别达11.60%和24.64%。采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺可实现薄壁杯形件的强韧化制造,为高强韧性薄壁杯形件的生产提供一种新的工艺方法。

30CrMnSiA合金结构钢电流辅助单向压缩流变行为

以30CrMnSiA合金结构钢为研究对象,对其在脉冲电流作用下的单向压缩流变行为进行了研究,设计了“导电块-上下压块-导电块”的电流施加方案,提出采用压缩空气进行冷却的方法消除焦耳热的影响,分析了脉冲电流参数(脉冲电流密度、脉冲占空比和脉冲频率)对30CrMnSiA合金结构钢流变行为的影响规律。基于Voce加工硬化模型,构建了脉冲电流辅助下30CrMnSiA合金结构钢的电致塑性本构模型,并进行了试验验证。结果表明,30CrMnSiA合金结构钢的流变应力随着脉冲电流密度、脉冲占空比以及脉冲频率的升高而降低,脉冲电流密度的变化对材料流变应力的影响最为显著;通电条件下材料的加工硬化指数n高于不通电时,且随电流密度与占空比的升高而升高,随脉冲频率变化不明显;利用构建的本构模型计算的流变应力值与试验数据的误差在6%以内,说明该模型能较好地预测30CrMnSiA合金结构钢电流辅助压缩类成形时的流变行为。

补焊工艺对30CrMnSiA接头微观组织及性能的影响研究

为了降低企业成本、避免检修过程中大型结构件直接更换造成的资源浪费,针对30CrMnSiA焊接件服役过程中出现的裂纹缺陷开展了补焊试验。试验过程中的焊缝填充金属分别选用HTJ-3、HTG-1焊条,并采用金相、扫描电镜、电子背散射衍射、拉伸、冲击、弯曲等试验对补焊前后接头的组织和性能进行表征分析,建立微观组织与力学性能之间的依存关系,为结构钢钢补焊工艺的优化提供一定的理论支撑。结果表明:补焊前后焊缝底部区域的组织均以马氏体+铁素体为主。补焊过程采用HTG-1作为填充金属,使得补焊区沿垂直于熔合线方向形成了粗大的柱状晶。另外,补焊前后接头原始焊缝区均以大角度晶界为主,使得该区域金属对裂纹扩展的阻碍能力增强。补焊后,焊接接头的抗拉强度及塑性指标都有明显的下降,但冲击韧性有所提高。

T700碳纤维复合材料与30CrMnSiA高强钢在NaCl溶液中的电偶腐蚀行为

为了探究碳纤维复合材料与高强钢在相互接触时实际使用的可行性,将T700碳纤维环氧树脂复合材料与30CrMnSiA高强钢置于NaCl溶液中进行电偶腐蚀,研究了温度、NaCl浓度、pH值对二者电偶腐蚀行为的影响。采用电化学法测试了二者在3.5%NaCl溶液中的开位电位,采用扫描电镜观察二者电偶腐蚀前后的形貌。结果表明:碳纤维与高强钢在NaCl溶液中接触时会发生严重的电偶腐蚀;温度、NaCl浓度及pH值对电偶电流有较大的影响;高强钢电偶腐蚀后,表面有一层暗红色的铁锈,腐蚀严重;随着腐蚀的进行,碳纤维环氧复合材料表面树脂由于溶胀作用遭到剥离,碳纤维露出得越来越多,进一步加快了高强钢的腐蚀。

激光熔覆修复30CrMnSiA合金钢的显微组织和性能研究

针对电动绞车滚筒磨损失效要求,采用多层多道激光熔覆对称填充坡口,对30CrMnSiA高强合金钢滚筒进行了同材质粉末激光熔覆修复,并对其接头组织、硬度、拉伸与冲击性能进行了研究分析。结果表明,熔覆接头热影响区出现了硬化现象,硬度最高值可达450 HV0.5,熔覆区硬度约为380 HV0.5,熔覆接头平均抗拉强度(1176 MPa)和平均屈服强度(1049 MPa)均为母材的104%,拉伸断裂于母材,30CrMnSiA增材-30CrMnSiA锻件室温冲击韧性(115.8 J/cm^(2))远超过了锻件标准值(49 J/cm^(2)),满足滚筒材料性能要求,修复性能可达到使用要求。

补焊次数对30CrMnSiA钢接头组织和力学性能的影响

采用焊条电弧焊对30CrMnSiA钢焊接接头进行多次(3,4次)补焊试验,研究了补焊次数对接头组织和力学性能的影响。结果表明:补焊次数的增加对接头焊缝区域的显微组织类型影响不大,原始焊缝和补焊焊缝组织均为奥氏体柱状晶,但会导致原始焊缝区域的晶粒粗化和热影响区的大角度晶界分布密度下降,并减少热影响区的马氏体数量,从而对接头强度产生不利影响。补焊4次接头的抗拉强度较补焊3次接头降低了7.8%,断后伸长率降低了25.3%,但断裂机制仍为韧性断裂;补焊4次接头的抗弯性能和硬度也低于补焊3次接头。

30CrMnSiA缺口试样低周疲劳寿命研究

缺口会导致严重的应力集中,并降低结构的使用寿命,研究缺口部位的低周疲劳寿命具有重要意义。基于弹塑性全量理论建立30CrMnSiA材料的弹塑性本构关系,采用损伤力学-有限元法预测30CrMnSiA材料缺口试样的低周疲劳寿命,并与相应的试验结果进行对比。结果表明:基于弹塑性全量理论建立的弹塑性本构关系方法合理,采用损伤力学方法得到的疲劳寿命预测结果基本满足工程实际要求,该方法可用来对30CrMnSiA缺口试样进行低周疲劳寿命预测。

30CrMnSiA钢中厚板焊接工艺研究

针对30CrMnSiA材料采取理论分析与试验相结合的方式,通过对厚度为50mm正火态中厚板进行焊接工艺研究,确定了合理的焊接工艺。采取焊前预热、控制层间温度、合适的焊接参数和后热处理等措施,可以获得良好的焊接接头质量,完全满足实际工程设备的需要,成功完成了大型结构件的焊接制作。

30Cr1Mo1V高压转子缺陷分析

针对30CrlMo1V高压转子精加工中发现多处缺陷,解剖缺陷部位,采用扫描电镜能谱分析,发现缺陷源自夹杂物。分析冶炼过程发现心部缺陷主要有Al_(2)O_(3)、SiO_(2)和CaO夹杂,以Al_(2)O_(3)含量最高,推测是二次氧化导致;裂纹缺陷中的夹杂物主要为ZrO、CaO、Al_(2)O_(3),结合中间包和导流管耐火材料成分,认为大裂纹源自中间包受侵蚀形成的夹杂物,小裂纹则源自导流管受侵蚀形成的夹杂物。

6061铝合金与30CrMnSiA结构钢在模拟工业-海洋大气环境下的电偶腐蚀防护

重点研究6061铝合金和30CrMnSiA结构钢在模拟工业-海洋环境下的电偶腐蚀防护。以表面阳极氧化及有机涂层处理的6061铝合金、表面镀镉及涂层处理的30CrMnSiA结构钢为实验材料,将试样装配成标准电偶试样,对其进行氙灯老化和周期浸润实验,并对腐蚀后的试样进行分析。结果表明:仅采用表面阳极氧化处理的6061铝合金的强度σb和塑性δ损失较大,σb和δ分别下降了约24.2%和13.4%。而采用环氧聚酰胺底漆和丙烯酸聚氨酯面漆的复合防护涂层的6061铝合金强度和塑性损失较小,σb和δ分别下降约4%和5%。且无涂层试样的平均点蚀坑深度明显大于有涂层试样的,最高相差32μm,表明此涂层可减弱电偶腐蚀。

脉冲电流对疲劳后30CrMnSiA钢组织结构的影响

对在应力控制下预疲劳卸载的热轧态30CrMnSiA钢样品进行高密度脉冲电流处理后,得到了细小均匀的等轴晶组织,晶粒尺寸远小于热轧样品的晶粒尺寸。处理后样品的疲劳寿命显著提高。高密度脉冲电流使疲劳形成的位错产生运动,当刃型位错的距离达到临界距离时,位错发生湮灭,使局部的位错密度梯度增大,在位错密度低的地方发生再结晶形核,使钢发生再结晶。

激光焊接工艺参数对30CrMnSiA钢气孔率的影响

激光焊接30CrMnSiA钢时有严重的气孔倾向。通过工艺试验,研究了激光焊接参数(焊接线能量、脉冲频率、焊接占空比等)对其焊缝气孔率的影响。X射线透射分析测试结果表明,合适的焊接参数能较好地抑制气孔的产生。脉冲频率在35Hz、占空比大于50%、线能量大于65kJ/m时,气孔率能控制在较低水平。

基于SPH-FEM转换算法的7.62mm步枪弹冲击30CrMnSiA钢板的数值计算

从转换判据和时间步长控制两个方面对光滑粒子流体动力学-有限元(SPH-FEM)转换算法进行改进,采用改进的SPH-FEM转换算法对7.62 mm步枪弹冲击特殊热处理的30CrMnSiA钢板进行全尺寸三维数值计算,将子弹在冲击过程中发生严重畸变的有限单元转换为SPH粒子继续参与计算.子弹采用弹塑性模型,靶板采用修正的Johnson-Cook强度模型和Gruneisen状态方程.针对不同的子弹初速,计算靶板盘形凹陷和冲塞两种破坏模式,计算结果与实验结果吻合较好.表明改进的SPH-FEM转换算法能够合理高效地利用有限单元和SPH粒子,为低强度子弹冲击高强度靶板的计算提供一种有效途径.

连续激光重复加载下30CrMnSiA钢的反射率

利用双光束反射率测量装置,研究了连续激光重复加载作用下30CrMnSiA钢金属材料的反射率变化特性。通过激光加载、冷却然后再加载到更高的温度的辐照试验与激光单次辐照的结果比较,发现二次加载时材料表面的激光反射率与样品表面首次加载时达到的最高温度所对应的反射率基本一致,只有达到并超过首次加载时样品曾达到的最高温度后,样品表面的反射率才会再次发生变化,且变化趋势与单次完整加载时的路径重合。这表明样品表面的反射率与其达到的最高温度有关,进一步的研究结果表明,样品达到的最高温度与样品表面在最高温度下产生的氧化反应层有关,而这一氧化层在冷却过程和再加载过程不变化。