C250钢漏斗试样扭转低周疲劳研究

通过轴向循环拉压实验获得漏斗试样载荷-位移(P-V)曲线,并基于该曲线和有限元反演分析方法获得了材料的循环本构关系。利用该循环本构关系对漏斗试样进行三维扭转有限元分析,获得漏斗根部剪切应力与扭矩之间的转换公式,及漏斗根部剪切应变与名义扭角之间的转换公式,实现了漏斗试样扭转低周疲劳的研究。应用该方法,完成了C250钢漏斗试样常温下一条曲线的扭转低周疲劳实验,揭示了C250钢的疲劳行为,并给出了该材料的Manson-Coffin寿命预测模型。

C250钢齿轮轴热处理工艺研究

本文通过研究高强度C250钢的特性,在某齿轮轴的加工过程中,分析研究它的变形。结果表明,采用在时效前预留一定的加工余量,有效地预防了因时效强化引起的变形对零件的影响,解决了尺寸收缩的问题。

C250钢缺口扭转疲劳断裂特征研究

采用体视显微镜和扫描电镜对不同应力比、不同循环寿命下的C250钢缺口扭转疲劳断裂特征进行研究。结果表明:C250钢缺口扭转疲劳断口宏观可分为斜面状、棘轮状、锯齿状和平面状等4类断口形貌。斜面状和棘轮状断口一般出现在R>0、循环周次在10~5级以上的断口上;锯齿状断口一般出现在应力比R<0、循环周次在105级以上的断口上;平面状断口一般出现在循环周次在104级以下的断口上。在斜面状断口和棘轮状断口上,与轴向呈45°的扩展斜断面上为类解理特征,微观可见典型的疲劳条带特征;与轴向垂直的扩展断面主要为扭转磨损特征;瞬断区为韧窝断裂特征。斜面状断口、棘轮状、锯齿状断口疲劳裂纹的萌生和扩展主要受切应力的作用。而平面状断口裂纹的萌生和扩展主要受平面拉应力作用。

C250钢薄壁筒形件多道次错距旋压成形工艺研究

通过开展C250钢薄壁筒形件多道次错距旋压工艺试验,研究多道次成形过程中中间热处理、最终时效处理对成形精度的影响,得出C250钢薄壁筒形件旋压成形的最优工艺参数为主轴转速N=90r/min、进给速度F=100mm/min;错距量Z_(a)=2.9mm、Z_(b)=1.7mm、Z_(c)=0.5mm;Z_(ac)=10、Z_(bc)=4。可为此类马氏体高强度钢筒形件旋压成形工艺及道次间热处理安排提供指导。

轴锻件的坯料优化与成形影响规律研究

采用Deform-2D等锻压成型数值模拟软件对C250钢的成型工艺参数进行仿真分析。通过对挤压成形过程坯料的金属流动规律、挤压过程中大头端、小头端和杆部应变区应变演化规律的研究对热处理工艺进行优化,研究了上模形状、挤压比(λ)、下模锥角(α_(4))、挤压速度(v)、坯料初始温度(T_(0))和定径带长度(H_(2))对于载荷峰值、锻件顶部内缩尺寸Z、大头端外径应变区宽度X、小头端应变区长度Y、杆部稳定区应变均匀性、出口温度均匀性和锻件大头端零件所在位置温度均匀性的影响规律。

漏斗试样扭转低周疲劳寿命预测方法研究

针对传统圆棒试样扭转低周疲劳存在的问题,采用漏斗形试样对材料C250马氏体钢(Cr强化)进行4种温度(20,150,200,350℃)、两种应变幅比(-1、0.1)下的扭转低周疲劳试验,得到一系列S-N曲线。对比分析MansonCoffin模型、拉伸滞后能损伤模型以及三参数幂函数模型3种低周疲劳寿命预测模型,评述其基本假设、应用范围和特点。应用3种模型分别对上述8种工况的试验结果进行寿命预测对比分析,并对比分析温度对扭转低周疲劳寿命的影响。结果显示:三参数幂函数公式能更好地拟合试验结果,明显克服另外两种预测模型的缺陷。因此,对于扭转低周疲劳寿命的预测宜采用三参数幂函数模型,其预测结果更接近真实值。

基于漏斗试样的C250钢高温扭转低周疲劳行为

C250钢的扭转疲劳破坏是其主要失效形式之一。为了获得航空材料C250钢的扭转疲劳特性,并消除等直圆棒试样在扭转试验中产生的弊端,依据漏斗试样完成了C250钢在3种高温(150、200、350℃)环境下的扭转低周疲劳试验,获得了在扭转低周疲劳下的扭矩-名义扭转角曲线。基于试验结果,利用FAT方法分析得到了C250钢在3种高温环境下的材料循环本构关系,利用该循环本构关系对漏斗试样进行三维扭转有限元分析,获得漏斗根部剪切应力与扭矩之间的转换公式及漏斗根部剪切应变与名义扭转角之间的转换公式。基于以上试验与分析方法,得到了材料的剪切应变幅-倍循环次数曲线、剪切应力幅-循环分数曲线以及剪切应力-剪切应变的稳定滞回线,发现材料呈现出循环软化特性,并基于Manson-Coffin模型对材料寿命进行了分析。

时效制度对18Ni(C250)马氏体时效钢力学性能的影响

对18Ni（C250）马氏体型时效钢进行了低温时效、分级时效及单时效处理,研究了时效工艺对该钢力学性能的影响。结果表明：300～350℃低温时效时,强度升高缓慢,硬度变化不大,有利于去除应力;经370℃预时效加不同温度高温时效（即分级时效）后,随温度升高,强度增加,470～490℃时效时,强度和塑性综合性能良好;与480℃单时效相比,分级时效时强度较高;单时效条件下,随时效时间延长,抗拉强度提高,伸长率逐渐减小;单时效3 h时,抗拉强度不符合零件力学性能要求,因此一般选用4.5 h和6 h时效。综合考虑,18Ni（C250）钢最佳时效制度为低温预时效＋（470～490℃）×4.5 h终时效。

固溶冷却速率对C250钢奥氏体含量的影响

试验了固溶冷却速率对C250钢奥氏体含量影响。试验结果表明,C250钢没有热稳定化现象,固溶后甚至缓慢冷却,也不会产生残留奥氏体。但固溶后缓慢冷却,再经时效强化处理,C250钢中将产生逆转变奥氏体,固溶冷却越缓慢,时效后的逆转变奥氏体量越多。C250钢固溶后空冷+485℃时效处理状态的没有奥氏体。

C250钢热变形奥氏体静态再结晶行为

利用双道次热压缩试验方法,在Gleeble 1500热模拟机上研究了C250马氏体时效钢在热变形时的静态再结晶软化行为。分析了变形温度、应变速率、变形量以及初始奥氏体晶粒尺寸等不同工艺参数对静态再结晶行为的影响,并观察了不同变形条件下的静态再结晶晶粒尺寸变化。基于试验数据,构建了C250钢静态再结晶的动力学模型,得到了C250钢静态再结晶的激活能为146900.1 J·mol^(-1)。试验结果表明:提高变形温度、加快应变速率、增大变形量以及增加道次间隔时间均能有效地增加C250钢的静态再结晶体积分数,其中变形量对静态再结晶体积分数的影响最大,而初始奥氏体晶粒尺寸对其影响较小;不同变形条件下试样的金相组织有显著的静态再结晶现象,且与计算得到的影响趋势相同;基于双道次热压缩试验数据,将静态再结晶动力学模型的预测结果与试验结果进行对比分析,两者较为吻合。

C250钢薄壁外台阶壳体旋压工艺研究

主要对外径Ф300 mm、带3处外台阶的C250马氏体时效钢薄壁壳体旋压加工进行工艺研究。针对马氏体时效钢时效处理后会产生收缩的特性,通过实验统计出Ф300 mm、壁厚2~3 mm旋压壳体时效后的收径量。因此在旋压壳体加工时,预留出时效后的收径量,待时效处理后达到最终设计技术指标。结合C250马氏体时效钢的材料性能与零件结构特点进行分析,确定采用多道次正旋压方案。验证了Ф300 mm壳体在不进行中间热处理加工和80%总变形率的条件下,直径公差0.32 mm与壁厚公差0.1 mm的高精度壳体成形的可行性。

CRO试样的疲劳裂纹扩展行为试验方法研究

考虑到如紧凑拉伸和三点弯曲等标准试样的大尺寸要求以及高试验成本等突出问题,该文发展了含外侧径向裂纹C形环小试样(C-ring with an outer radial crack,CRO)的疲劳裂纹扩展行为试验方法。利用有限元分析建立了CRO小试样的高精度应力强度因子算式以及基于柔度法理论的裂纹长度预测公式。采用5083-H112铝合金分别完成了CRO试样和标准CT试样的疲劳裂纹扩展速率试验,获得了相应的Paris方程中的幂指数。通过对比发现,CRO和CT试样的疲劳裂纹扩展规律基本一致,验证了新方法的有效性。基于上述方法对C250钢两种厚度CRO试样的疲劳裂纹扩展行为进行了应用研究。