极薄带异步轧制滑移带演化的晶体塑性有限元分析

以单层晶极薄带轧制为研究对象,采用多尺度晶体塑性有限元方法模拟其在拉-压-剪复合应力状态下的宏观剪切带和微观滑移带演化,优化极薄带材轧制工艺。在微观层次上,每个晶粒被离散成若干个有限元单元,且每个积分点采用单晶体本构模型。宏-微观层次模拟的共同特征是滑移带演化高度的各向异性和局部化,微观层次的模拟更加明显。结果表明:新剪切带随轧制区施加额外剪切变形而形成,在拉-压-剪复合应力下,强剪切造成已缩窄的主次剪切带随轧制压下的增大而又扩展。单系滑移带在各变形晶粒内的演化差异很大,存在主次滑移,随压-剪复合应力状态的增强而形成亚滑移带。在拉-压-剪复合应力下,单滑移扩展和叠加形成贯穿晶界的累积滑移带,晶界起到很好的滑移承载和传递作用。

核电厂低压氮气系统不锈钢管件的开裂原因及应对措施

某核电厂低压氮气系统不锈钢三通发生泄漏,切割后检查发现管件存在开裂。通过形貌观察、能谱分析、化学成分分析、硬度检测、晶间腐蚀试验以及残余应力测试等手段对该不锈钢三通失效的原因进行分析。结果表明:三通在加工过程中存在较大冷变形且未进行固溶处理,导致基体组织中存在大量滑移带,造成材料硬度偏高、残余应力增大,这是导致三通开裂的根本原因;三通中的C含量偏高,焊接时存在晶间碳化物析出;冷变形导致三通存在较大的残余拉应力,使材料的电化学活性提高,材料点蚀电位降低,腐蚀敏感性提高。上述因素共同导致了三通在潮湿海洋大气环境中发生沿晶应力腐蚀开裂。

两步升温热轧工艺对AZ31镁合金薄板各向异性及成形性能影响

采用两步梯度升温轧制工艺对AZ31镁合金板材进行轧制,探究轧制过程对镁合金板材显微组织织演化、各向异性及成形性能的影响。第I步轧制在300℃开展,其每道次压下量为15%;第II步轧制在550℃进行,其每道次压下量为40%。经过共4道次轧制后,最终获得厚度为1 mm的镁合金薄板。结果显示,第I步低温轧制过程不更换轧制方向时,试样中生成大量剪切带;而更换轧制方向时,组织内部主要为孪晶和再结晶晶粒。随着II步轧制温度的升高,由于动态再结晶急剧激发,剪切带数量及尺寸逐渐减小,晶粒明显细化。根据IGMA分析得出,非基面滑移,特别是棱柱面滑移活动增强。轧制退火后的AZ31镁合金薄板的力学性能得到提高,各向异性减小,冲压成形性能得到明显改善。

原子团簇尺寸对Al-Cu-Mg合金疲劳过程中滑移带形成及裂纹扩展行为的影响

通过透射电镜(TEM)、原子探针(APT)等分析手段,研究了不同时效态Al-Cu-Mg合金中原子团簇对疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:自然时效态试样只含有小尺寸原子团簇(<100个原子),而170℃人工时效态试样出现大尺寸原子团簇(>100个原子),且随着时效时间的延长,大尺寸原子团簇逐渐增多,并在170℃/8 h态开始析出少量S′相。小尺寸原子团簇对位错滑移的阻碍作用较小,在裂纹扩展过程中形成了较多的滑移带,裂纹沿滑移带扩展,表现出较高的裂纹扩展速率;随着团簇尺寸的增大,延缓了Al-Cu-Mg合金在疲劳过程中的溶解和强化效应的衰减,限制了裂纹前端滑移带的形成,显著降低了裂纹扩展速率;S′相的析出阻止了位错往复滑移并减少了裂纹闭合效应,表现出较高的疲劳裂纹扩展速率。170℃/1 h态合金中大尺寸原子团簇数量密度较高,且没有析出S’相,因此具有较优的抗疲劳裂纹扩展性能。

氢气环境下2205双相不锈钢的氢致开裂研究

为了研究氢气环境下双相不锈钢疲劳裂纹萌生和扩展的影响规律,建立氢气环境下双相不锈钢疲劳应变组织演化—氢致开裂之间的关联机制,在5 MPa氢气和5 MPa氮气2种环境中对2205双相不锈钢试样进行了慢应变速率拉伸和疲劳裂纹扩展速率试验。结果表明:在氢气环境下,2205双相不锈钢在慢应变速率拉伸过程中的氢脆敏感性不高,而在疲劳过程中氢脆现象显著,5 MPa氢气环境下2205双相不锈钢的疲劳裂纹扩展速率比氮气环境中的快18倍;氢气能够促进2205双向不锈钢疲劳裂纹尖端周围组织的局部塑性变形,并进一步导致氢致开裂。在氢气环境下2205双相不锈钢疲劳变形过程中,不同的相结构其氢致开裂机理也不同,铁素体相容易形成河流状花样断口形貌(解理断口),而奥氏体相断口形貌多呈现平行的滑移带特征,奥氏体相在铁素体相的解理开裂过程中对裂纹具有阻碍作用。

基于离散元的GFRP筋-水泥土界面黏结特性分析

加筋水泥土结构的承载性能取决于筋体-水泥土界面的黏结性能。为深入探究GFRP筋-水泥土界面黏结性能的发挥机制,采用国产矩阵离散元软件MatDEM对水泥土中GFRP筋拉拔试验进行了数值模拟。首先,将数值模拟得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;然后,通过模拟计算分析筋体-水泥土界面位移场演化、剪切带发展及胶结破坏演化规律,从细观上揭示了GFRP筋-水泥土界面黏结滑移机理;最后,通过参数分析研究了GFRP筋体肋形态特征对界面黏结滑移特性的影响规律。研究结果表明:(1)GFRP筋-水泥土界面黏结滑移全过程发生两次剪切破坏,当拉拔位移至4 mm时发生第1次剪切破坏,当拉拔位移为10 mm时发生第2次剪切破坏;(2)剪切带厚度与剪切颗粒数随拉拔位移的增加总体呈上升趋势,在拉拔初期上升趋势相对明显,随着界面滑移发展上升趋势逐渐减缓;(3)胶结破坏点随着拉拔位移的增加逐渐从界面处沿径向往两侧水泥土扩展,胶结破坏曲线与荷载-位移曲线都存在分段现象,且两者之间存在对应关系。(4)GFRP筋体的肋距主要影响界面荷载峰值和谷值对应的拉拔位移,肋高对界面荷载峰值和谷值显著影响,且在恒定肋距下,存在最优肋高可最大程度调动界面黏结强度。研究成果可以为加筋水泥土结构界面承载设计计算实践提供必要参考。

黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性研究

为了研究黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性和长期强度,进行了室内流变试验。试验表明,滑带土具有较强的流变特性。基于非线性Boltzmann迭加原理处理的蠕变曲线簇具有很好的相似性。并根据蠕变试验成果,建立了反映滑带土蠕变特性的Burger's蠕变模型,进行了定常Burger's蠕变模型的参数辨识。最后,比较了滑带土的长期强度包线与峰值强度包线,结果表明,长期强度要比相应的应力状态下的峰值强度减少30%左右。

拉形条件对镜面蒙皮成形质量的影响

在充分考虑滑移带出现与成形件贴模度的基础上，通过分析拉形速度、毛料几何尺寸、模具几何参数、润滑方式对成形质量的影响，确定了合理的飞机镜面蒙皮拉形条件．结果表明，改善板料变形的均匀性，延缓滑移带出现，增加成形面内材料的变形程度，是制定最优工艺参数、提高成形质量的主要措施．

镜面蒙皮拉形工艺参数研究

滑移带是导致飞机镜面蒙皮报废的主要原因之一。通过分析镜面蒙皮拉形中变形程度、拉形速度、毛料几何尺寸、润滑与操作方式对滑移带的影响，确定了临界变形程度和拉形应变速率的合理范围。毛料几何尺寸的影响，反映在悬空段板料的宽长比值上，宽长比值增加，变形趋向于平面应变状态，易出现滑移带。良好的润滑方式有利于改善板料变形的均匀性，增加成形面内材料的变形程度。操作方式的选择，应充分考虑模具拉胀的作用，严格控制夹钳预拉量和补拉量，避免冲击和阶跃式的加载方式。

Cr-Ni-Co奥氏体堆焊材料的空泡腐蚀行为

采用一种新型的Cr-Ni-Co奥氏体堆焊材料用钨极氩弧焊(TIG)堆焊到304不锈钢表面,将堆焊层与304不锈钢基体做对比,在人工海水的条件下利用超声波振动设备对两种材料进行耐空泡腐蚀试验,用失重法评价两种材料的抗空蚀性能,对Cr-Ni-Co堆焊层不同时间的空蚀形貌用扫描电镜(SEM)进行跟踪观测.结果表明,与304不锈钢的失重相比,Cr-Ni-Co堆焊层的失重显得很小,表现出优良的抗空蚀性能;从SEM观测到的形貌图的变化中看出滑移和相变是Cr-Ni-Co堆焊层吸收空泡冲击能的主要方式,应力集中使得材料易产生裂纹,进而导致材料的断裂和剥落.

TWIP钢的低周疲劳断裂机制

通过采用扫描电镜及透射电镜等手段,观察并研究了TWIP钢在低周单轴循环对称拉压载荷下的疲劳断裂后的显微组织。结果表明:TWIP钢矩形试样的疲劳裂纹一般萌生于角部,从表面萌生时可能表现为多个疲劳源。在低周疲劳变形过程中,TWIP钢不但产生了形变孪晶,还产生了大量的微条带,其实质为细微孪晶片层和驻留滑移带。疲劳裂纹主要萌生于微条带对晶界和孪晶界的撞击引发的孔洞。孔洞串连接起来成为裂纹,夹杂物促进了裂纹扩展。随着裂纹的扩展,试样的承载面积不断减小,最终发生快速的韧性断裂。

铜晶体的疲劳损伤微观机制

对Cu单晶体、双晶体和多晶体疲劳损伤微观机制的总结结果表明:在中、低应变范围Cu单晶体的疲劳裂纹主要沿驻留滑移带萌生,而在高应变范围则沿粗大形变带萌生;Cu双晶体中疲劳裂纹总是优先沿大角度晶界萌生和扩展,而小角度晶界则不萌生疲劳裂纹;对于Cu多晶体.疲劳裂纹主要沿大角度晶界萌生,有时也沿驻留滑移带萌生,而孪晶界面两侧由于滑移系具有相容的变形特征而未观察到疲劳裂纹萌生.

驻留滑移带与晶界和孪晶界的交互作用

对含有退火孪晶的多晶铜进行了不同塑性应变幅下的应变疲劳实验,利用扫描电镜及其电子通道衬度技术(SEM-ECC)观察了表面滑移形貌、疲劳裂纹和位错组态,研究了驻留滑移带与晶界和孪晶界的交互作用．结果表明,在晶界附近和远离晶界处观察到位错组态分布的不均匀现象．这种不均匀性导致多晶铜中疲劳裂纹首先沿着普通大角晶界开裂,在孪晶界处由于应变相容性较好而难以产生疲劳裂纹．

基于宏—细观模型的疲劳裂纹萌生数值模拟

为了研究材料微观特性对结构疲劳寿命的影响,提高结构疲劳寿命预估精度,根据Tanaka-Mura单一微裂纹及裂尖微裂纹萌生寿命预测模型,模拟疲劳载荷下某马氏体钢孔边疲劳裂纹萌生寿命。利用泰森多边形生成法,生成代表多晶结构的二维特征单元。考虑晶粒内相互垂直的多滑移特性以及已起裂裂纹对相邻晶粒裂纹萌生的影响,建立微裂纹起裂与扩展的改进模型。中心孔平板试件疲劳寿命的数值模拟结果与试验值吻合良好,说明给出的改进宏细观疲劳寿命预测模型的有效性。

双滑移取向Cu单晶的循环形变行为──Ⅱ．滑移带和形变带

用光学显微镜和扫描电镜研究了双滑移取向（［０３４］，［１１７］）Ｃｕ单晶循环饱和后的表面形貌，塑性分切应变幅（γｐｌ）低于１０^（－３）时，［０３４］晶体表面上要为主滑移系的驻留滑移带（ＰＳＢｓ）占据，次滑移只在边缘区域启动，其ＰＳＢｓ细窄（＜１μｍ），体积百分数在１％以下．γｐｌ＞１０^（－３）时，次滑移开始在试样的中部启动，同时，表面出现二种贯穿晶体的宏观形变带（ＤＢＩ，ＤＢＩＩ），滑移带在形变带内集中．［１１７］晶体在γｐｌ＝４．４×１０^（－４）时，双滑移现象已十分明显．γｐｌ＞１０^（－３）时，表面也形成与前者相似的形变带．ＤＢＩ的惯习面与主滑移面平行（［０３４］晶体）或接近（［１１７］晶体），ＤＢＩＩ的惯习面则与前者垂直，文章讨论了形变带形成的可能原因．

高密度脉冲电流对Cu单晶体驻留滑移带的影响

对含驻留滑移带（ＰＳＢ）的 ［１２３］取向的疲劳 Ｃｕ单晶体，进行了高密度脉冲电流处理结果表明，高密度脉冲电流处理产生的热压应力改善了ＰＳＢ－基体界面的应力集中状态，使驻留滑移带局部消失理论计算同时表明，高密度脉冲电流处理能提高 Ｃｕ单晶疲劳寿命．

孪晶对多晶铜疲劳行为的影响

对含有高密度孪晶的多晶铜进行了塑性应变幅控制下的疲劳实验.结果表明,塑性应变幅小于8.14×10-4时,孪晶对 疲劳行为的影响不大;塑性应变幅大于8.14×10-4时,孪晶的约束作用、孪晶界与位错的反应及孪晶中位错的特殊组态,使多晶 铜的循环饱和应力提高,硬化曲线中应力饱和平台区延长.

Cu及Cu－Zn合金预变形和循环软化的滑移线形貌

观察了两种不同滑移方式的材料──纯Ｃｕ及Ｃｕ－Ｚｎ合金经预变形及循环软化后的表面滑移线形貌．发现二者预变形的双交滑移特征不同，且Ｃｕ－Ｚｎ合金的交滑移与应力—应变曲线上的动态应变时效现象相对应．Ｃｕ－Ｚｎ合金循环软化后有两种衬度的滑移带，而纯Ｃｕ则主要表现为驻留滑移带，说明两种材料疲劳应变的容纳方式不同．根据滑移带形貌解释了它们不同的软化行为．

Cu-Ni-Al形状记忆合金形变、相变以及裂纹形核的相互关系

采用金相显微镜和扫描电镜原位拉伸技术研究了Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ形状记忆合金中的马氏体形变、马氏体相变以及微裂纹形核三者之间的关系．结果表明，拉伸时缺口前方首先形成可逆变的马氏体而不出现滑移带，微裂纹沿马氏体和母相界面形核．只有当裂纹扩展一段距离且应力集中足够大后，才有可能出现形变带。

高速侵彻装甲钢绝热剪切带特性研究

用Φ14 5mm口径滑膛弹道枪发射 7 6mm口径 93W穿甲弹 ,对 2Π高强度钢靶板进行穿甲侵彻试验 .回收到了完整的冲塞 ,是典型的冲塞破坏 .冲塞的发生以绝热剪切破坏为主 ,靶板中残留的剪切带比较宽大 ,由弹孔表面向靶板内延伸 ,呈网状分布 ,易造成碎块的脱落 ,另外 ,绝热剪切带的形成与塑性力学静载下滑移线的形成密切相关 。