重塑黄土的往返加卸载真三轴试验研究

针对不同应力路径往返加卸载条件下黄土累积塑性应变发展特性,以重塑黄土为研究对象,利用真三轴仪开展不同应力路径的往返加卸载试验研究,探究不同应力路径、应力幅值下黄土的循环应力时程曲线、滞回曲线、骨干曲线及累积塑性应变曲线的影响规律。揭示了应力路径对重塑黄土力学特性的影响,描述了各主应力与中主应力比b和应力幅值的相关性,提出了重塑黄土的滞回曲线近似呈椭圆形,长轴斜率随中主应力比b值的增大而增大,随应力幅值的增大而减小;随着中主应力比b值的增大,循环应力-应变骨干曲线随之硬化,累积塑性应变曲线依次降低,且累积塑性应变发展更早的进入平缓阶段,为解决相关黄土工程问题提供了参考。

铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为及本构模型的建立

利用Gleeble-3500型热力模拟试验机对铸态Mg-6Zn合金在变形温度500,520,540℃,应变速率0.1,1,5 s^(-1)下进行半固态压缩试验,得到了真应力-真应变曲线;基于真应力和真应变试验数据及Arrhenius模型,建立该合金的半固态压缩本构模型,并进行试验验证。结果表明:Mg-6Zn合金的半固态压缩变形过程主要分为类弹性变形、应变硬化变形和流变黏塑性变形3个阶段;峰值应力随变形温度的升高或应变速率的减小而降低。利用建立的本构模型计算得到的真应力与试验结果之间的相关性很好,相关系数为0.947,平均相对误差为5.57%,说明该本构模型能够较准确地预测铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为。

基于二阶链式子区的金属拉伸试验DIC辅助测试方法

为提高金属材性试验的测量精度和测试效率,在传统拉伸试验方法的基础上引入数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术,提出相应形变测量理论及方法。基于拉伸试件的颈缩变形特征,提出链式形变测量理论,该理论通过一种跟随表面形状变化而自由变形的柔性链条来表征各阶段的试件形变。进一步通过设置多个连续且等尺寸的DIC二阶链式子区,采用DIC亚像素算法得到任意变形时刻的链式子区角点坐标,并进一步得到沿试件长度方向的柔性离散链形变结果,实现对试件各处应变、颈缩极值点等的求解,从而建立了一套完整的金属拉伸试验DIC辅助测试方法。开展了多个标准金属试件的拉伸试验,通过与引伸仪、靶标图像测量等传统方法对比,验证了该文方法对颈缩效应、弹性模量、极限伸长率、真实应力-应变曲线等金属材性指标具备较高测量精度及有效性,同时该文方法能够实现高度自动化测量,可在金属拉伸试验领域进行工业化推广普及。

022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢高温热变形行为

利用JMatPro11.0热力模拟软件、Gleeble-3500热力模拟试验机研究了022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的高温热变形行为,揭示了其在1000~1150℃,0.01~5 s^(-1)下的热变形特征。结果表明:022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢的热变形温度应大于脆性σ相的溶解温度,即980℃;其次,材料的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。基于动态材料模型构筑了材料的热加工图,并结合微观组织进行了验证。其最佳热加工窗口为1090~1125℃、0.01~0.03 s^(-1),该区域对应的组织特征为:两相组织均匀,奥氏体相发生充分动态再结晶且组织中不存在σ相;在失稳参数1100℃、5 s^(-1)条件下,组织中两相晶粒被明显拉长且再结晶比例低,相界处的析出物易诱发裂纹。因此实际加工参数应接近最佳热加工工艺窗口,避免失稳区参数及σ相的应变析出。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热变形行为研究

以7000系Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为研究材料,在Gleeble1500热模拟试验机上进行变形温度250~400℃,应变速率0.01~10 s^(-1)条件下的等温压缩试验。研究结果表明:合金在等温压缩过程中的流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的增大而减小。当应变速率为10 s^(-1),变形温度为250℃时,合金的峰值应力可达205 MPa。大部分的真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征,结合TEM分析,动态再结晶的形成机制是位错通过滑移和攀移逐渐演变成小角度晶界(2°~15°)和大角度晶界(>15°),依靠位错重排在原始晶粒内部形成亚结构,最终形成完整晶界。同时,采用Arrhenius模型和Zener-Hollomon参数方程,构建了Al-Zn-MgCu-Zr合金的本构方程,其中合金的平均变形激活能为324 187 J/mol。此外,通过Prasad失稳判据等模型,构建了0.2、0.4以及0.6应变下的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热加工图,获得可加工窗口为:252~400℃,0.01~0.015 s^(-1)。

AG700L动态再结晶热变形本构方程的测算

利用Gleeble-3800热模拟试验机对AG700L试样进行单道次压缩变形试验,记录材料在不同变形温度(900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃)、不同的应变速率(0.01 s^(-1)、0.1 s^(-1)、1 s^(-1)、5 s^(-1))压缩变形70%时的真应力应变曲线。试验完成后对各工艺下的真应力应变曲线进行整理,同时结合奥氏体晶粒结果进行综合分析,摸清了变形温度、应变速率对汽车大梁钢AG700L的动态再结晶的影响规律,通过数据处理计算得到AG700L钢动态再结晶激活能为354.3646 kJ/mol,并建立了动态再结晶热变形本构方程。

GH141镍基高温合金的热变形行为和组织演变

通过热压缩实验研究了GH141镍基高温合金在变形温度为1040~1160℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下的热变形行为和组织演变,分析变形温度和应变速率对流变行为的影响,对流变应力进行摩擦、温度和应变修正补偿,用修正后的流变应力构建更加精准的本构方程并绘制热加工图,分析不同热加工区的微观组织演变以验证得到的最优热加工区。结果表明:压缩流变应力对变形温度和应变速率较为敏感,综合摩擦、温度变化和应变补偿修正的本构方程能较好地预测不同变形条件下的热压缩流变应力,结合热加工图及不同热加工区域内的微观组织演变确定最优热加工区为变形温度1130~1145℃、应变速率为0.1~5 s^(-1),此区域内动态再结晶完全,晶粒内部几乎不存在畸变,晶粒组织为等轴晶,且较均匀。

合金元素对低碳钢热变形行为影响的研究

为了探讨Cr元素在结构钢塑性变形过程中的作用,采用Gleeble-1500热模拟实验机对低碳钢进行单向压缩实验,变形温度为730~1000℃,应变速率为0.01~10 s-1,总变形量为0.8,获得了相应的真应力-真应变曲线以及热变形组织,分析讨论了它们的高温变形特征以及合金元素对细化晶粒的作用。结果表明:由于Cr元素的影响,使得两种钢在750~800℃的流变应力变化趋势有所不同;同时,Cr元素的存在,提高了动态再结晶的临界应变量,有利于铁素体形核并抑制晶粒长大,起到细化晶粒的作用。

Q235钢真实应力-应变曲线研究

通常所说的应力-应变曲线为名义应力-应变曲线,它只是一种近似曲线,对实际工程问题起到一个参考作用。对工程中常用的Q235金属材料,通过单轴压缩实验并结合A/H外推法获得其真实应力-应变曲线。通过此方法可以有效的消除试件端面与压力机滑块和工作台之间的摩擦力对实验结果的影响,使之成为理想的单轴压缩状态。该方法不但简单易行,普适性强,而且具有重要的理论意义和工程应用价值。

热变形动态软化本构模型

动态回复、动态再结晶是奥氏体热变形过程中动态软化的主要机制。建立了动态回复、动态再结晶型流变曲线模型，５０ ％ 再结晶应变等特征应变与形变参数 Ｚ 间的关系模型以及基于 Ｅｎｇｌｅ Ｂｒｅｗ ｅｒ 理论的形变激活能模型。提出了一种应用最优化技术求解非线性本构模型的新方法。用 Ｇｌｅｅｂｌｅ２０００ 型热／力模拟试验机对 Ｓｔ４１ 钢进行了平面应变热压缩试验。实验结果及有关文献报导印证了模型的正确性。

T23钢的热变形行为

利用Gleeble-1500热模拟机进行热压缩实验,对T23钢在变形速率为0.01～5 s-1,变形温度为1000～1250℃的热变形行为和组织进行研究。根据实验获得的真应力-真应变曲线,基于动态材料模型建立了热加工图,并推导出流变应力方程。结果表明:T23钢在热压缩过程中存在动态回复和动态再结晶两种软化机制,变形温度越高或变形速率越小,越容易发生动态再结晶。真应变量为0.5和0.6的加工图具有4个类似的失稳区,功率耗散效率因子的分布规律大致相同,峰值区在1175～1240℃和0.03～0.25 s-1范围,对应的峰值效率分别为47.3%(0.5)和46.3%(0.6)。流变应力方程中,结构因子A、应力水平参数α、应力指数n分别为5.23×1012s-1、0.01155 MPa-1和4.46869,热变形激活能为368.65 kJ/mol。

镍基粉末高温合金FGH98流变曲线特性及本构方程

通过对第三代镍基粉末高温合金FGH98进行热模拟压缩实验,得到了不同温度(1050～1110℃)和不同应变速率下(0.01～1s-1)的真应力-真应变曲线。根据其特点分析了该合金的流变应力与温度和应变速率以及应变量的关系。由实验结果得出:该曲线呈典型的热激活特征,合金流变应力对变形温度和应变速率敏感。在此基础上选用Arrhenius方程低应力水平下的简化模型作为其本构关系的经验公式,利用线性回归法确定相关系数并对其误差进行分析,从而得到了该合金的本构方程。

Cu-0.23Be-0.84Co 合金热变形行为

为实现Cu‐Be‐Co合金连续挤压的数值模拟和制定合理的热成形工艺参数，采用Gleeble‐1500D热模拟机对Cu‐Be‐Co合金在变形温度为450℃～850℃和应变速率为0.1 s－1～10 s－1条件下的热变形行为进行研究；分析热压缩对合金组织的影响；根据Arrhenius方程对实验数据进行分析，建立Cu‐Be‐Co合金热变形本构方程。结果表明， Cu‐Be‐Co合金热变形的流变应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小，并且Cu‐Be‐Co合金在高温变形条件下发生动态再结晶。

Q550级桥梁钢动态再结晶行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机模拟了屈服强度550 MPa级桥梁钢轧板单道次热压缩变形过程,得到了试验钢的真应力-真应变曲线,分析了变形温度和应变速率对动态再结晶行为的影响,并建立了试验钢的再结晶图。结果表明,在较高的变形温度和较低的应变速率下,动态再结晶易进行。实验在动态再结晶激活能为460.14 kJ/mol时,建立了试验钢动态再结晶动力学模型。

热老化对主泵泵壳材料失效评定曲线的影响研究

主要研究了热老化对主泵泵壳材料CF8在室温和350℃温度下拉伸性能以及失效评定曲线的影响。对经历不同老化时间的试样进行恒应变速率下的拉伸试验,采用Ramberg-Osgood(R-O)模型对拉伸真应力—真应变曲线进行分析,并将分析结果用于失效评定曲线的计算。结果表明,随热老化时间延长,室温和350℃温度下材料的抗拉强度均不断提高,断后延伸率有所下降;在小应变范围内,R-O模型能够较准确预测材料的真应力—真应变曲线;采用英国R6标准方法二得到不同老化阶段材料的失效评定曲线,结果显示在部分区域,如采用未老化材料的失效评定曲线,则评定结果将偏于不安全。

真组分法模拟乙烯装置急冷系统

为了准确模拟乙烯装置的急冷系统,用真组分法代替虚拟组分法来计算乙烯装置急冷系统馏分油的物性。根据馏分油的实沸点曲线,采用虚拟组分的切割方法,将馏分油实沸点曲线切割成一系列窄区间,结合密度曲线在裂解产物组分所属的化合物类型中选择表征该区间真组分,采用优化的方法确定真组分的质量分数和体积分数。对于沸点高于500℃的馏分,仍采用虚拟组分法计算馏分油的性质。本方法应用到国内某乙烯装置急冷过程模拟中,结果与实际值符合较好,表明真组分法可作为乙烯装置急冷系统有效计算方法之一。

高温拉伸真应力-真应变计算分析软件开发

为从材料拉伸实验的位移-载荷图得到真应力-真应变曲线,开发只需输入拉伸机的位移、载荷、试样原始半径、伸长率、断面收缩率、标距等参数,即可得出材料高温拉伸状态下的真应力-真应变曲线的软件.结果表明,该软件能够准确得到材料高温拉伸状态的真应力-真应变曲线,克服实验条件为高温下引伸计不能添加的问题,建立部分金属材料的真应力-真应变曲线数据库.工程技术人员可以用该软件(TTCAS)分析材料在高温状态下的拉伸力学性能.

高钢级钻杆强度塑性试验研究

钻杆强度级别提高,其塑性性能会发生变化,因此高屈强比成为影响高钢级钻杆推广应用的主要问题。对X95、G105、S135、V150和HL165系列高钢级钻杆进行了室温拉伸试验,利用真应力-真应变曲线分析了高钢级钻杆强度塑性特征参数的变化规律及屈强比对钻杆安全性的影响。试验结果表明:随着钢级提高,钻杆强度不断增加的同时,工程屈强比和真实屈强比都增大,但后者比前者约小5.5%~7.0%;不同钢级钻杆工程屈强比与其伸长率、冲击功、塑性失稳点应变量、均匀形变容量和静力韧度等塑性韧性指标无对应关系;虽然V150、HL165超高强度钻杆屈强比分别达到0.953和0.941,形变硬化能力略有降低,但仍具有高塑性变形能力、高韧度水平和高断裂强度。研究认为,不宜将工程屈强比作为衡量高钢级钻杆质量的一项硬性指标,良好的综合性能是确保钻杆安全使用的关键。

考虑微小结构相互作用的钛及 Ti-6Al-4V 真应力-真应变曲线解析(英文)

采用能描述非均质性的具有内部长度的梯度塑性理论推导了颈缩区域的非均匀的塑性拉伸应变。描述了颈缩区域的外形轮廓,并计算了当颈缩区域的体积保持不变时的颈缩区域的塑性伸长。由于外形轮廓已被确定,因而导出了真应力的表达式。目前得到的关于真应力-真应变曲线解析解的优越性在于:所需要的参数具有明确的物理意义,如:采用软化模量描述脆性;采用弹性模量描述弹性;采用特征长度描述材料的非均质性;模型中含有标定长度可用于研究结构的尺寸效应等。将目前得到的解析解与前人通过实验得到的钛及Ti-6Al-4V 的真应力-真应变曲线进行了对比,验证了本文考虑微小结构效应及局部化颈缩的真应力-真应变曲线的解析解。另外,还发现Ti-6Al-4V 的脆性及非均质性要高于商业纯钛。前人试验发现的局部化带在2 种材料内部的传播速度的差异可以通过它们具有不同的脆性得到解释。

GH625合金的热变形行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机研究了GH625高温合金在应变速率为0.001～1 s-1、变形温度为1223～1373 K条件下的热变形行为。结果表明:当变形温度一定时,随应变速率的升高,合金的峰值应力σp和稳态流动应力σs及对应的应变εp和εs均升高;当变形速率一定时,随变形温度的升高,σp和σs以及εs均降低,但εp基本保持不变。GH625合金在热压缩变形过程中应变速率的降低和变形温度的升高均有利于动态再结晶的发生;根据应力-应变曲线,通过线性回归获得GH625合金的本构方程。