带有空间双裂纹的金属拉伸试件脉冲放电止裂与力学性能

为解决电磁热裂纹止裂技术应用的学性能.应用热-电耦合的分析方法模拟研究带有预制双裂纹的标准合金钢拉伸试件脉冲放电止裂瞬时的温度场,并为实施止裂试验提供了工艺参数;应用ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了空间双裂纹的止裂试验,放电后两个裂纹尖端附近均熔化形成焊口,裂尖的曲率半径在放电瞬间增大了几个数量级,可达到止裂的目的;借助微机控制电子万能试验机对止裂后的合金钢试件进行拉伸试验,并对止裂后裂尖处金相组织进行分析,研究断口的形态.研究结果表明:在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应可以实现空间裂纹止裂,并有效地提高试件的力学性能.     

带有疲劳裂纹的35CrMo构件电磁热止裂强化

利用超强脉冲放电装置对含有疲劳裂纹的35Cr Mo钢试件进行电磁热止裂试验。放电后裂纹尖端熔化,裂尖钝化成微小的椭圆形,降低了裂尖处的应力集中;对放电后裂尖处的椭圆形钝化区与基体区的化学成分进行对比分析发现:椭圆形钝化区中Mn、Si、Mo质量分数增高,晶粒得到细化,提高了裂纹尖端微小区域内组织的硬度和强度;利用自主研发的多轴加载疲劳试验机对放电前后试件进行三点弯曲疲劳寿命测试,结果表明,经过电磁热止裂强化后的试件,疲劳寿命得到提高,较未放电的试件平均寿命提高了13%;采用热-电耦合的数值分析方法模拟求得放电瞬间裂纹尖端处的温度场;通过理论计算脉冲放电瞬间裂尖处微小区域的应变能密度因子,由于电热应力强度因子的作用,降低了裂尖处的应变能密度因子,有效阻止了裂纹的继续扩展,为电磁热止裂技术的应用奠定基础。     

2Cr13焊接构件埋藏裂纹电磁热止裂及力学性能强化

选择2Cr13材料,通过对接焊方法在焊接接头处预制埋藏裂纹,采用超声波无损检测对埋藏裂纹位置及尺寸进行标定;采用热—电耦合焦耳热问题的数值分析方法,计算出放电瞬间焊接接头内圆形埋藏裂纹的温度场,并求得止裂后焊接接头内的残余应力场。通过ZL-2型超强脉冲放电装置对焊接接头进行电磁热止裂强化试验,对止裂前后埋藏裂纹裂尖附近微观组织进行分析,对比测试止裂前后试件的抗弯、拉伸等力学性能。研究结果表明:止裂瞬间,焊接接头中埋藏裂纹裂尖处温升超过金属熔点,裂尖熔化、钝化,达到阻止裂纹扩展的目的;同时,止裂后裂尖附近微观组织明显细化,出现强韧性均好的白亮组织,进一步阻止了裂纹的扩展;止裂后焊接接头抗弯强度提高18.0%,抗拉强度提高11.7%,断后伸长率提高34.6%。研究证实,脉冲放电实现了2Cr13焊接接头内埋藏裂纹止裂,并提高了焊接接头的力学性能。     

半埋藏裂纹金属构件脉冲放电相变应力分析

对含半埋藏裂纹的45钢金属构件进行脉冲放电电磁热止裂强化实验,得出脉冲放电电压与止裂强化效果之间的关系,并对止裂强化前后裂尖形貌及显微硬度进行了对比分析,电磁热止裂强化后,裂尖周围显微硬度得到了大幅度的提高;应用Eshelby等效夹杂原理对脉冲放电止裂后裂纹尖端发生组织转变的相变应力进行了理论计算,结果表明,相变应力为压应力,阻止了裂纹的扩展。研究结果为电磁热止裂技术的实际应用奠定了理论基础。     

含半埋藏空间裂纹的Cr12冷冲凹模电磁热止裂分析

对内表面含有半埋藏半椭圆裂纹的Cr12冷冲凹模进行了电磁热止裂研究。采用数值分析的方法,对放电瞬间的耦合场进行了分析,给出了半埋藏半椭圆裂纹尖端附近温度场的分布状态;通过ZL-2型放电装置实现了半椭圆裂纹切片试样的止裂实验研究。研究结果表明：脉冲电流放电瞬间,围绕裂纹尖端的金属熔化,钝化了裂尖,得到了超细化的金属组织,提高了裂纹尖端的机械性能,阻止了干线裂纹源的开裂趋势,达到了止裂的目的。在数值模拟研究过程中采用热-电耦合的分析方法,综合考虑了材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,数值模拟结果与实验结果比较相符。     

预制止裂线对DT4C工业纯铁疲劳裂纹扩展行为的影响

借助ANSYS仿真结果,确定在疲劳裂纹扩展路径上预制"直线-圆"形止裂线的尺寸;在DT4C工业纯铁上加工出标准扩展紧凑拉伸试样,在距其U型切口根部不同距离(L_a分别为6.4,7.0,7.6mm)处预制止裂线,通过疲劳裂纹扩展试验及疲劳断口分析,研究了L_a对试样疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:当L_a为7.6mm时,止裂线的引入降低了裂纹尖端的应力,延长了试样的疲劳寿命;在裂纹尖端到达止裂线位置之前,当L_a为6.4mm时,止裂线的引入提高了裂纹扩展速率,而当L_a为7.6mm时则降低了试样的裂纹扩展速率;在裂纹尖端穿过止裂线位置之后,含止裂线试样的裂纹扩展速率均明显降低;不含止裂线和含止裂线试样的裂纹扩展区呈现疲劳辉纹特征,瞬断区呈现韧窝断裂特征。     

带有两个共线裂纹载流薄板的温度场及热应力强度因子

采用复变函数的方法,给出带有两个等长度共线穿透裂纹的无限大载流薄板在瞬间电流作用下,裂纹尖端附近产生的温度场的表达式,得到温度在裂纹尖端的奇异特征.在通入垂直于裂纹的均匀电流作用下,由于裂纹的存在,裂纹尖端出现绕流现象,产生焦耳热,瞬时高温形成点热源.通过点热源在金属薄板内形成的温度场,可以导出裂纹尖端产生的热应力强度因子表达式.将其与外载荷产生的应力强度因子叠加,可建立通电状态下的断裂判据.算例分析表明,点热源在裂纹尖端附近产生的热应力强度因子为负值,可以部分抵消无穷远处施加的拉应力产生的应力强度因子的作用,进而达到止裂的目的.文中建立带有两个等长度共线穿透裂纹载流薄板的热应力强度因子的概念.其研究结果对工程结构实施电磁热效应裂纹止裂具有理论意义和实用价值.     

裂纹尖端钝化对CT试样力学性能影响的试验研究

通过平面断裂韧度实验对紧凑拉伸(CT)试样的力学性能进行研究,分析了尖裂纹和钝裂纹试样的断裂形貌特征,并定量分析了裂纹尖端钝化对力学性能的影响.实验结果表明,尖裂纹计算得出的断裂韧度值、最大断裂值、塑性分量和最大位移量都小于钝裂纹对应的数值,裂纹尖端形成的钝化区有利于抑制裂纹扩展,提高了抵抗断裂的能力,能够达到止裂的目的.随着裂纹尖端曲率半径的不断增加,存在最佳钝裂纹曲率半径.当曲率半径超过其值,刚度出现轻微退化,塑性分量在外加载荷输入能量中所占的比重越来越大,断裂韧度提升明显,增强了试样的承载能力.研究结果可为定量评价裂纹尖端钝化对力学性能的影响提供科学依据.     

含埋藏裂纹构件脉冲放电相变应力分析

对带有圆形埋藏裂纹的40CrNiMo金属构件进行了脉冲放电止裂强化实验。通过对脉冲放电后裂纹尖端的宏观形貌、相变区域与基体区的化学成分及显微硬度进行对比分析,发现相变区的组织得到了细化,其显微硬度得到大幅度提高;应用含有热源的非齐次非稳态热传导方程、相变动力学及等效夹杂等理论推导出了裂尖相变区域的相变应力理论公式。结果表明,裂尖附近相变区域形成了相变压应力,验证了电磁热效应对埋藏裂纹的扩展起到抑制作用。     

异种钢焊接接头脉冲放电强化与力学性能分析

采用电磁热止裂强化方法对异种材料焊接接头进行强化研究,对含椭圆形埋藏裂纹缺陷的焊接接头进行了脉冲放电数值分析,得到放电瞬间的热应力场和冷却到常温时的残余应力场,结果表明,脉冲放电瞬间焊接接头中的裂纹尖端温升超过材料熔点,裂尖钝化并产生了有利的残余压应力;对Q235和1Cr18Ni9焊接接头进行了电磁热强化试验研究,结果表明,试件通过放电强化,焊接接头的力学性能得到改善,抗拉强度提高19.4%,冲击韧性提高12.07%。     

Analysis of the relationship of crack arrest effects with fusion zone size by current detour and Joule heating

Specimens of UNS S 31600 stainless steel with precast crack were treated under different discharge parameters. An elliptic hole formed ahead of the crack tip and the thermal compressive stress caused during electropulsing treatment cause the crack arresting. The factors affecting the curvature radius of the crack tip were studied. The crack arrest effect was examined by tensile test and fatigue test. Scanning electron microscopy (SEM), electro backscatter diffraction (EBSD), and transmission electron microscope (TEM) were employed to examine the changes of specimen before and after the treatment. The local recrystallization occurred around the crack tip. The experimental results indicate that the curvature radius of the crack tip is proportional to discharge parameter and crack length. The relationship between discharge parameter and the effectiveness of crack arrest can be obtained.     

含半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电时应力场分析

对纯弯曲载荷作用下含半圆形埋藏裂纹的金属构件在脉冲放电瞬间的应力场进行了理论分析,运用热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论,推导出应力场分布理论公式。由公式可知,在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,压应力场能有效地抑制裂纹的扩展。对脉冲放电前后的含半圆形埋藏裂纹构件进行了超声波检测实验,利用超声波对比法测得脉冲放电后构件裂尖应力值,该应力值有所增大。     

模具磨削裂纹止裂与封闭试验研究

在带有磨削裂纹的Cr12矽钢片冷冲凹模上取样,对裂纹进行脉冲放电使裂纹的尖端变圆钝化,实现钝化止裂,在此基础上对表面的磨削裂纹进行电火花放电熔焊封闭,达到焊补修复的目的,并对止裂与封闭后的 试样进行了有关的检验和测试。     

脉冲放电截止热疲劳裂纹的亚临界扩展

对３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ模具热疲劳裂纹进行脉冲放电,裂纹尖端熔化形成焊点,使裂尖钝化,阻止了热疲劳裂纹的亚临界扩展。脉冲放电能使裂尖处的组织和性能发生有利的变化,显著地 提高裂尖处裂纹萌生所需的能量和扩展功,截止了亚临界裂纹的继续扩展。     

New fault detection method based on reduced kernel principal component analysis (RKPCA)

Remanufacturing is the only way for sustainable development of mechanical equipment manufacturing. For remanufacturing blanks containing cracks, the primary task is the prevention of crack propagation to ensure effectiveness of the manufacturing processes to follow. When pulsed current passes through a specimen, due to the existence of crack, the temperature around the crack tips rises sharply and may even climb above the fusion point of the material, which causes the crack tip to become blunt. In this work, with compressor rotor blade material FV520B as a specimen, the distributions of current density, temperature field, and stress field are calculated at the instant of discharge based on the thermo-electro-structure coupled theory. The crack arrest experiment is performed on high pulsed current discharge device of type HCPD-I. By making comparisons of morphology, microstructure, and size of fusion zone and heat-affected zone (HAZ) around the crack tip before and after energizing, the relationships between the sizes of fusion zone and the HAZ and the discharge energy and the current path are derived. The obvious partition and refined grains around the crack tip are prominent because of violent temperature change. The experimental and simulation results are found in fine agreement. The high current pulsed discharge can be used effectively to prevent a crack to further expand and show substantial potentials for application in remanufacturing domain.     

具有圆弧裂纹载流薄板的温度效应分析

给出含有圆弧裂纹的载流薄板在通入强大脉冲电流瞬间，裂纹尖端处温度场分布的复变函数解。该解是在首先求解通电瞬间，裂纹尖端处所形成的点热源功率的情况下得到的。它为进一步求解裂纹尖端处的应力场奠定了基础。文中给出的算例表明，适当控制通入的电流强度，可以达到有效控制裂尖熔化区尺寸以及形成焊口的目的。