GT90连续油管对接焊接头的组织和性能分析

对GT90连续油管进行焊接工艺试验,分析其焊接接头组织及力学性能。分析认为:GT90连续油管焊接接头的焊缝组织为粒状贝氏体;由于焊接热循环的作用,焊接接头的热影响区出现软化,导致硬度、强度降低,在疲劳弯曲变形过程中,应变集中于软化区并发生断裂,使得接头疲劳寿命低于母材。对于连续油管,应采用较小的线能量进行焊接,以减少软化现象,改善接头力学性能不均,从而提高焊接接头的疲劳寿命。     

疲劳循环对A7005铝合金型材组织与力学性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和室温拉伸等方法研究了A7005铝合金经不同疲劳循环加载次数对其组织和力学性能的影响。结果表明:A7005铝合金经0、104、105次疲劳循环后,位错密度从初始0.75×10~(14)m~(-2)上升至0.79×10~(14)m~(-2),抗拉强度和屈服强度逐步上升,并在10~5次循环时分别达到最大值402.72、341.92 MPa。经106、107次疲劳循环后,晶粒中开始出现位错胞,大量位错缠结在晶界附近,位错密度急剧上升至1.53×10~(14)m~(-2),晶内时效析出η'亚稳相会吸收溶解的Zn、Mg元素而长大粗化,以及因位错快速增殖而被溶解至基体中,η'亚稳相数量明显减少,降低了时效强化效果。疲劳区域边界上出现很多由第二相粒子脱落所引起的疲劳缺陷,材料的抗拉强度和屈服强度分别下降至396.57、328.07 MPa。     

搅拌摩擦焊搅拌头疲劳寿命的模拟研究

针对搅拌摩擦焊稳定焊接阶段,建立搅拌头受力模型与有限元分析模型,由计算结果可知,在稳定焊接阶段,前行处搅拌头根部为搅拌头薄弱部位,在垂直于搅拌头轴线方向,正侧面受拉应力,背面受压应力,分别为115.5, 127.5 MPa,若设计不当易从此处断裂。在此基础上结合Ramberg-Osgood模型,采用应变-寿命(E-N)法,对搅拌头进行疲劳寿命估算。结果表明,在当前焊接工艺参数下,搅拌头疲劳循环寿命为3.896×10~9次,可焊接6.487 25×10~4 m,不会出现疲劳断裂。结合实际生产中搅拌头并未出现断裂这一现象,今后在搅拌头设计中应更多考虑搅拌头焊接时的粘着磨损现象。     

两相区位错增殖对Mn元素配分及低碳钢贝氏体组织的影响

采用两相区变形-保温-淬火(DIQ)热处理工艺,研究低碳钢两相区变形位错增殖作用下Mn元素配分行为及其对贝氏体组织的影响规律。通过OM、SEM、TEM、EPMA和XRD等手段对组织成分、位错密度、合金元素分布等进行表征。结果表明,变形后的铁素体晶粒和马氏体板条细化、块状马氏体数量减少;位错密度由0.36×10~(14)m~(-2)增加至1.20×10~(14)m~(-2),位错滑移的相互运动提高了空位浓度及间隙溶质原子数量,加速了C、Mn元素在a相与g相中的扩散速率,促进了Mn在两相区的配分效果,C、Mn元素富集量及富集区域增多。采用两相区变形-保温-奥氏体化-淬火-贝氏体区保温-淬火(DIQPB)热处理工艺,残余奥氏体的体积分数由11.5%提高到13.9%,残余奥氏体中的C含量由1.14%提高到1.28%。     

Al-Mg-Mn-Er合金双面搅拌摩擦焊接头局部显微组织和强化机制（英文）

通过研究Al-Mg-Mn-Er合金双面搅拌摩擦焊接头的局部显微组织和强化机制揭示其软化机制。结果显示：焊核区形成细小等轴晶组织(5.61μm)，而热机械影响区(45.32μm)和热影响区(100.73μm)仍为纤维状组织。从基体到焊核区，小角度晶界分数从75.6%降低到15.6%。退火效应导致位错密度从母材的1.8×10¹⁴ m^-2减小到焊核区的4.5×10¹² m^-2。焊核区、热机械影响区和热影响区Al₃(Er,Zr)析出相的平均尺寸和体积分数与基体的(13.7 nm,0.13%)均接近。焊核区和热机械影响区的屈服强度最低，约为201 MPa；基体的屈服强度最高，约为295 MPa。位错强化和亚结构强化的损失是从基体到焊核区屈服强度降低的主要原因。     

低碳微合金钢焊接热影响区软化机制分析

通过电子背散射衍射(EBSD)技术和透射电镜(TEM)等研究了低碳微合金钢经3种成熟的焊接工艺(打底焊、间隙焊和连续焊)焊接后的焊接接头热影响区软化区的本质及软化机理。结果表明:低碳微合金钢卷板经制管过程后亚晶界比例及位错密度显著提升,呈现典型的加工硬化效应,并伴随一定程度的细晶强化、固溶强化和第二相粒子强化。经3种焊接工艺后,再结晶晶粒比例增加,高应变区域减少,软化区的小角度晶界明显减小,位错密度下降。低碳微合金钢油管焊接软化区的形成机制主要是部分组织在焊接热循环的作用下,受形变的强化组织发生回复与部分再结晶,从强化机制角度看,具体表现为应变强化和细晶强化效应降低。     

激光冲击强化对TC17钛合金微观组织及拉伸性能的影响

分别采用20、25和30 J脉冲激光冲击TC17钛合金,研究其微观组织演变、表面形貌及粗糙度变化、残余应力分布以及室温拉伸性能。研究结果表明:25 J激光冲击强化后,冲击影响层α相晶粒平均尺寸由激光冲击前的11.17μm减小到6.93μm,晶体内部产生高密度位错、孪晶以及层错缺陷,位错密度由冲击前的8.11×10~(13) m~(-2)增加到3.59×10~(14) m~(-2)。20,25,30 J激光冲击强化,试样表面粗糙度减小(0.922、0.537、0.305μm),表面残余应力增大(–213、–296、–774 MPa)。激光冲击强化后TC17钛合金屈服强度提升30～70 MPa,激光冲击强化诱导晶粒细化对TC17钛合金的抗拉强度影响较小。     

5086铝合金CMT焊接接头微观组织及力学性能研究

采用冷金属过渡焊接技术(CMT)对中低速磁悬浮列车用1 mm厚的5086 H32铝合金进行平板对接焊试验,对不同工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试,并利用透射电镜(TEM)对接头不同微区中位错和沉淀相进行观察。结果表明:在焊接电流52~61 A,焊速60~90 cm/min的工艺下获得质量可靠的焊接接头;CMT焊接接头由焊缝区(WZ)、热影响区(HAZ)和母材组成,WZ由细小等轴晶和柱状晶组成,熔合线附近出现宽度约为100μm的细晶区;与母材相比,HAZ晶粒存在不同程度的减小;WZ显微硬度最低,HAZ次之;母材位错密度大,缠结严重,HAZ位错密度较低,WZ几乎没有位错;与沉淀相相比,位错密度对CMT接头不同微区的显微硬度影响较大。     

异种铝合金角接接头低周疲劳特性试验研究

将5 mm厚6082挤压铝合金和15 mm厚A356铸造铝合金进行冷金属过渡(CMT)角接焊,研究了角接接头的组织和性能。对接头以不同的应变幅值(0.25%～0.40%)进行低周疲劳试验。结果表明:焊缝熔深为3.1 mm,满足CMT焊接时的熔深要求;接头A356铝合金侧熔融区为共晶组织,热影响区组织与母材组织一致;焊接接头试样断裂于焊址部位,热影响区明显软化。根据Manson-Coffin-Basquin公式计算了接头的疲劳寿命参数,建立了E(应变)-N(寿命)预测方程,为Δε_t/2=(425.4/6.85×10~4)(2N_f)~(-0.114)+0.093(2N_f)~(-0.707)。     

多向压缩纯钨烧结体的组织及热稳定性（英文）

对纯度为99.9%的纯钨烧结体在1423 K进行不同压下量的多向压缩(MDC)实验,采用X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)及差示扫描量热法(DSC)研究多向压缩前后纯钨试样组织、显微硬度及热稳定性的变化。结果表明,多向压缩后纯钨烧结体位错密度显著增大,压下量50%纯钨试样的位错密度由初始烧结钨的3.08×10~(14)增大至8.08×10~(14) m~(-2),平均晶粒尺寸由83.8μm细化至14.7μm,而显微硬度则由HV0.2 417增大至HV0.2 521。多向压缩后纯钨试样的再结晶温度约为1600 K,近似为常数。纯钨烧结体经多向压缩后由于晶粒尺寸减小以及均匀分布的形核点增多,组织热稳定性得到提高。     

单晶铱纳米压痕下位错形核与形变研究

对(100)和(110)不同面的铱单晶进行了纳米压痕实验,拟合计算得到(100)与(110)面上铱单晶位错激活体积分别为1.09×10~(-3)nm~3、1.23×10~(-3)nm~3,证明该实验条件下位错来源于点缺陷的非均质形核;如果位错为均质形核,则位错激活能需达到60.57eV,激活半径达到1.971nm。在对(100)和(110)面的塑性变形中位错密度进行分析时,发现它们变形后位错密度在10~(14)m~(-2)左右,没有出现铱单晶变形后位错密度呈指数级增加的情况;金属铱发生脆性断裂或许因为铱中极小的位错激活体积导致铱产生大量的位错源及位错间剧烈的交互作用。     

拉伸条件下镁合金第Ⅱ阶段加工硬化

在温度为25~100℃,应变速率为3×10~(-2)~3×10~(-3) s~(-1)范围内,对挤压态AZ31镁合金沿挤压方向进行拉伸试验,研究了第Ⅱ阶段加工硬化产生的条件及机理。结果表明,温度≤75℃,应变速率≥10~(-2) s~(-1),镁合金出现第Ⅱ阶段加工硬化,其加工硬化率为2 400~2 650 MPa。产生第Ⅱ阶段加工硬化的主要原因是,低温、高应变速率拉伸时,屈服应力升高,镁合金发生屈服时的初始位错密度及位错密度累积速率增加。当初始位错密度≥4.62×10~(16)m~(-2)时,镁合金出现第Ⅱ阶段加工硬化。     

高速列车用A6N01-T5铝合金激光-MIG复合焊接头疲劳性能研究

采用显微硬度和拉伸性能测试对比了激光-单丝脉冲MIG复合焊和MIG焊接的4 mm厚A6N01-T5铝合金板接头的力学性能。通过高周疲劳测试、疲劳裂纹扩展速率试验以及疲劳断口分析,探讨了激光-MIG复合焊接头的疲劳性能和断裂行为。结果表明,与母材相比,复合焊接头和MIG焊接头焊后均发生强度损失现象,且MIG焊接头的损失程度更为严重。复合焊接头疲劳寿命随应力幅的增加而减小,且同一应力幅下,寿命分布具有分散性,50%存活率下A6N01铝合金复合焊接头的疲劳强度为104 MPa,为母材(117 MPa)的88.9%。A6N01铝合金母材和复合焊接头的da/d N-ΔK曲线存在交叉现象,当ΔK18.63 MPa·m~(1/2)时,焊缝的裂纹扩展速率慢于母材,认为可以安全可靠地进行服役。复合焊接头疲劳裂纹由加工缺陷处萌生,裂纹源区呈现类解理河流花样;裂纹稳定扩展区未发现疲劳条带;瞬断区存在大小不一的韧窝和较为尖锐的撕裂棱,呈现准解理断裂和韧性断裂的混合断裂形式。     

钢板阵列射流冷却过程换热实验研究

基于组合式超快速冷却测试装置,研究了8.4×10~5、14.0×10~5、19.6×10~5 L·(m~2·min)~(-1)水流密度对50 mm厚AISI304奥氏体不锈钢0.1 m·s~(-1)辊式淬火过程中厚向截面冷却速度和表面换热的影响,利用导热微分方程及反传热求解方法,计算钢板表面热流密度分布。结果表明,在冷却速度增长区,水流密度通过影响温度梯度的分布进而影响冷却速度变化;在平缓区,温度梯度的改变基本不受水流密度变化的影响,而是由遗传效应主导的;8.4×10~5 L·(m~2·min)~(-1)水流密度条件下的沸腾曲线能观察到明显的膜沸腾和热流肩现象,随着水流密度增加到14.0×10~5 L·(m~2·min)~(-1)和19.6×10~5 L·(m~2·min)~(-1),实验钢板表面在射流水的冲击下无法形成稳定的沸腾蒸汽膜,较高的表面温度也使得临界热流密度值增加到无法到达的水平,沸腾过程无法出现热流肩。     

T6处理对6063/TiB_2复合材料搅拌摩擦位错演变的影响

对原位自生6063/TiB_2复合材料进行了搅拌摩擦加工(FSP),并对加工后的材料进行了T6热处理。使用同步辐射X射线衍射及透射电镜(TEM)对T6处理前后的位错密度进行了定量表征估算,并对位错类型进行了分析。结果表明,在进行T6处理后,搅拌摩擦组织中的位错密度由原来的10~(14)m~(-2)下降为10~(13)m~(-2),较高的残余密度主要是由于TiB_2颗粒对位错运动所起的钉扎作用。T6处理前后样品的位错类型旨以刃型位错为主,T6处理则使刃型位错的比例从原来的70%上升为90%,这说明样品中的大部分螺型位错在高温条件下发生了回复湮灭,因而使样品中残余了较多的刃型位错。     

SiC_p/6061Al复合材料的疲劳行为SCIEI

本文测定了用15v.-%SiC颗粒(10和2.5μm)增强的Al基复合材料的疲劳强度,并用SEM和TEM研究了疲劳裂纹形成及扩展与位错结构的相互联系,结果表明:两种尺寸SiC颗粒的复合材料在10~7循环寿命下的疲劳强度都是196MPa,比基体合金提高了25%,低于10~7循环周次寿命时含粗颗粒复合材料疲劳性能优于含细颗粒复合材料。SEM观察到疲劳微裂纹及微孔洞通常在SiC_P与基体界面附近形成,并在疲劳过程中相互连接成疲劳裂纹;TEM观察到界面处特别是SiC_P尖角处存在高密度位错,足够的疲劳循环周次后该处出现位错通道。     

高碳钢丝冷拔中的组织演变和强化机理研究

利用透射电子显微镜、X射线衍射仪对不同冷拔应变量下70钢丝的珠光体片层间距、渗碳体片层厚度、位错密度以及抗拉强度进行了测定。结果表明,随着真应变从0增加到1.24,珠光体平均片层间距由140 nm减小至70 nm,渗碳体平均片层厚度由37 nm减小至20 nm,位错密度由8.4×10~(13)m~(-2)增加到1.3×10~(15)m~(-2),抗拉强度则由1168 MPa增加到1545 MPa,铁素体晶粒内部形成110丝织构。基于金属材料经典强化理论和模型,分别计算出不同应变下位错强化和边界强化对钢丝总强度的贡献。结果表明,边界强化为最主要强化机制,其次为位错强化;当应变为1.24时,边界强化、位错强化分别达到1096 MPa和333 MPa。     

动车组连接板搅拌摩擦焊及熔化焊接头性能研究

对分别采用搅拌摩擦焊和熔化焊的连接板焊接接头的金相、拉伸、弯曲、硬度及疲劳性能等方面进行对比研究。两种焊接方式金相均合格;采用搅拌摩擦焊的连接板接头抗拉强度为275.67 MPa,比熔化焊(263.8 MPa)高约4.5%;搅拌摩擦焊接头弯曲性能侧弯180°均合格,熔化焊接头侧弯试件在110°左右时由于存在气孔导致裂纹出现;搅拌摩擦焊接头的硬度分布近似W形,中心层焊核区显微硬度值约为79~104 HV,在-18~-6 mm和6~18 mm范围内出现软化现象,最低硬度为69 HV,熔化焊接头的中心层焊缝区显微硬度值约为92~97 HV,在3~9 mm范围内出现软化现象,最低硬度为71 HV;搅拌摩擦焊接头中值疲劳极限为137 MPa,比熔化焊(117 MPa)高约17%。     

大线能量焊接EH36船板钢FCB焊接接头组织与性能

对工业化试制的32 mm厚大线能量船板钢EH36进行热输入为228 k J/cm的FCB法焊接试验,并研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明:焊接热影响区的过热粗晶区原奥氏体晶粒尺寸达到300~500μm,组织主要由少量晶界铁素体和晶内形核铁素体(约60%~80%)组成,是该区焊接时峰值温度达到δ相转变温度以上并停留较长时间造成的,并给出δ相转变温度及奥氏体晶粒尺寸与峰值温度之间的关系;粗晶区由15~30μm的多边形铁素体与3~10μm的针状铁素体(10%~20%)构成;细晶区包含10~20μm的多边形铁素体和小于等于10μm的珠光体;临界区表现为混晶组织。焊接接头热影响区的冲击功A_(kv)≥100 J(-20℃),拉伸试样断裂于母材,接头性能满足要求。     

搅拌摩擦焊AA7075-T651铝合金接头的疲劳裂纹扩展(英文)

研究12 mm厚AA7075-T651铝合金板搅拌摩擦焊接头的疲劳裂纹扩展行为。从搅拌摩擦焊接头以及母材中截取试样,对试样进行疲劳裂纹扩展实验。对搅拌摩擦焊接头以及母材的横向拉伸性能进行评估。用光学显微镜和透射电镜分析焊接接头的显微组织。用扫描电镜观察试样的断裂表面。与母材相比,焊接接头的ΔKcr降低了10×10-3 MPa·m1/2。搅拌摩擦焊AA7075-T651接头的疲劳寿命明显低于母材的,其原因可归结于焊缝区的析出相在搅拌摩擦焊接过程中的溶解。