基于物理模拟的相变塑性应变分离方法

相变塑性是材料在相变过程中由于外部应力引起的材料的不可逆变形。在大型金属零件的焊接和热处理等复杂热力循环过程中,相变塑性对残余应力和变形的影响不可忽视,因此,对材料的相变塑性开展研究十分必要。文章以马氏体相变塑性为例,采用施加不同单轴载荷水平的热力循环实验确定材料相变塑性;通过对该过程热力循环变形和组织演化的分析,在考虑弹性应变、热应变、组织应变基础上,得到了材料相变塑性应变随温度和应力变化的定量关系式。研究结果为分析和研究钢铁材料焊接和热处理过程中复杂热力行为提供了方法。     

Cr5支承辊用钢马氏体相变的相变塑性研究

以Cr5支承辊用钢为研究材料，采用热模拟实验对单轴应力作用下马氏体相变的相变塑性进行了研究。介绍了从径向膨胀曲线分离出相变塑性应变的数据处理方法，并讨论了该方法带来的误差，分析了马氏体相变动力学对实验结果的影响。实验结果表明，在Cr5支承辊用钢马氏体相变结束时，相变塑性应变与应力成线性关系，Greenwood—Johnson模型中的相变塑性参数是与应力无关的常数。     

A508-3核电大锻件用钢连续冷却贝氏体的相变塑性

用Gleeble-3500热模拟试验机研究了A508-3钢在单轴压应力下的连续贝氏体相变诱发的相变塑性.借助于从膨胀曲线分离相变塑性应变的数据处理方法,获得了压应力对贝氏体相变塑性的影响规律.结果表明:基于Greenwood-Johnson模型的贝氏体相变塑性参数K随着外加压应力的增大而增大,并且相变塑性应变占总应变的比重显著增加.相变塑性应变随贝氏体相变进行逐渐增大,增速先快后慢.     

The phase transformation residual stress in granular structure

在假设马氏体岛形态和分布的基础上, 采用有限元法计算了粒状组织形成过程中的相变残余应力, 并讨论 了相变残余应力对宏观变形行为的影响. 结果表明: 粒状组织形成过程中, 奥氏体转变为马氏体后将在铁素体基体中产生静水张应力, 而马氏体岛承受压应力作用; 残余应力随马氏体体积分数和铁素体基体强度的增加而增大, 存在临界马氏体体积分数, 此时铁素体完全屈服; 残余应力是导致空冷粒状组织钢出现连续屈服现象的原因之一, 但对屈服强度的影响较小.     

304不锈钢棘轮变形过程中应变诱发马氏体相变行为研究

利用OM, SEM和XRD对单轴非对称应力循环下304不锈钢棘轮变形过程中的微观组织变化进行了实验观察. 结果表明: 304不锈钢棘轮变形过程中,当棘轮应变达到一定值后会 产生应变诱发马氏体相变, 形成板条状 马氏体,并且随循环周次的增加, 形成的应变诱发 马氏体相对量逐渐增加.因马氏体相变而诱发的塑性变形对总的棘轮变形量产生一定的影响,材料的棘轮应变应由两部分组成, 即应力引起的塑性应变和相变诱发的塑性应变.     

应力对U75V重轨钢珠光体转变的相变塑性影响

基于Greenwood-Johnson理论,采用Gleeble-1500D热模拟实验机,对U75V重轨钢连续冷却转变过程中珠光体转变的相变塑性进行研究。通过测定不同加载应力下的膨胀曲线,对总变形中的组成应变,即热应变、相变应变、弹性应变、相变塑性应变进行分离,建立重轨钢相变塑性模型方程,通过数值模拟对热处理工艺进行优化。计算结果表明,重轨钢U75V在珠光体相变过程中,热应变在总应变中占80%以上;相变塑性应变在总应变中所占比例的最大值随应力而增加,当加载应力为-45MPa、相变在577.1℃结束时,相变塑性应变占总应变的比例最大可达到12.5%。     

粒状组织的相变残余应力

在假设马氏体岛形态和分布的基础上,采用有限元法计算了粒状组织形成过程中的相变残余应力,并讨论了相变残余应力对宏观变形行为的影响.结果表明:粒状组织形成过程中,奥氏体转变为马氏体后将在铁索体基体中产生静水张应力,而马氏体岛承受压应力作用;残余应力随马氏体体积分数和铁素体基体强度的增加而增大,存在临界马氏体体积分数,此时铁素体完全屈服;残余应力是导致空冷粒状组织钢出现连续屈服现象的原因之一,但对屈服强度的影响较小.     

应力应变对马氏体相变动力学及相变塑性影响的研究

针对应力应变对马氏体相应动力学及相变塑性的影响进行了研究。得到了应力作用下相变动力学和相变塑性的计算模型，而且发现相变前预应变限制了相变塑性的数量和相变反应的速度，使之不能用弹性状态下得到的模型进行简单的外推，并利用应力应变诱导相变，母亲上强化等理论进行了解释。     

TRIP钢单双向应力状态下的材料行为

TRIP钢中残余奥氏体的马氏体相变是TRIP钢相变增塑的重要基础,与材料的宏观应力应变状态密切相关。为探索这一微观材料行为与宏观变形条件间的对应关系,该文对低碳Si-Mn TRIP600钢杯突变形顶部与过渡区的材料行为进行研究。研究结果表明,杯突过程中变形区顶部为等双拉平面应力状态,过渡区为单拉平面应力状态;TRIP钢的马氏体相变对应变条件非常敏感,随变形量的增加,无论变形区顶部还是过渡区的残余奥氏体体积分数,均呈近线性降低趋势,但随应变的增加则呈逐渐饱和趋势;与底部相比,顶部等双拉平面应力状态更利于残余奥氏体的马氏体相变,在近相同应变条件下,等双拉平面应力状态下的残余奥氏体含量明显低于单拉平面应力状态。Si-Mn TRIP600钢在6%应变条件下,等双拉平面应力状态与单拉平面应力状态的残余奥氏体含量相差约7%。     

热处理对TiNi形状记忆合金回复稳定性能的影响

研究了热处理对TiNi合金回复稳定性能的影响。结果表明,马氏体相变温度Msσ和Mfσ随热机械循环次数增加而上升,而马氏体逆相变温度Asσ和Afσ随热机械循环次数的增加而下降。随着热机械循环次数的增加,相变温度逐步稳定。退火温度小于500℃,热机械循环下TiNi合金的回复性能稳定,退火温度达550℃时,TiNi合金组织长大,应力诱发马氏体变形时容易发生滑移,回复应变随热机械循环次数增加而下降,回复稳定性能变差。     

工艺参数对过共析钢过冷奥氏体动态转变的影响

利用Gleeble 1500热模拟试验机进行单轴热压缩实验,研究了含Al过共析钢和不含Al过共析钢过冷奥氏体形变过程中,形变温度和应变速率对组织演变的影响。结果表明:过共析钢过冷奥氏体形变过程中的动态转变经历动态相变和相变所得珠光体的动态球化、超细化。过冷奥氏体动态相变抑制晶界网状渗碳体的形成。动态转变所经历的两个过程均为热激活过程,受形变温度和应变速率的影响。降低形变温度,使过冷度增加;降低应变速率,使完成应变的时间延长,两者均减小了过冷奥氏体完成动态相变所需的应变量,使相变所得的珠光体经历的变形程度增加,有利于珠光体实现球化、超细化。合金元素Al的添加阻碍铁、碳原子的扩散,推迟过冷奥氏体动态相变的发生,细化所得的球化、超细化复相组织。     

Phase transformation behavior of pseudoelastic NiTi shape memory alloys under large strain

Although it is known that the plastic deformation after transformation could stabilize martensite and make the transformation irreversible, there lacks a systematic research on the effect of plasticity on phase transformation behavior of NiTi shape memory alloys (SMAs). Therefore, the present study focuses on this aspect of NiTi SMAs. A series of tensile cycling experiments are performed on a NiTi SMA at room temperature. Attention has been paid to the characteristics of the phase transformation stresses, the residual and recoverable strain and the dissipated and recoverable energy density as functions of deformation cycles and maximum strain amplitude. With the increasing of plastic strain amplitude at the first loading cycle, the stress–strain curves reach a stable state sooner during cycling. It is concluded that a small amount of plastic strain at the first loading cycle is helpful to get good stable mechanical properties.     

304不锈钢的高温单轴应变循环与棘轮行为

对３０４不锈钢分别进行了高温单轴奕变控制和应力控制下的系统循环试验,揭示和分析了循环应变幅值,应变幅值历史以及温度历史对循环特性的影响以及应力幅值,平均应力及其历史对循环蠕变（棘轮效应）的影响,研究表明,无论单轴应变循环特性还是非对称单侧应力下的棘轮效应不但依赖于当前温度和加载状态,而且依赖于其加载历史,得到３０４不锈钢高温单轴循环行为的一些有意义的结果。     

形变温度对Q235碳素钢应变诱导相变的影响

研究了热模拟单向压缩条件下形变温度对Q235碳素钢应变诱导相变过程组织变化的影响,结果表明,铁素体可在A3以上较高的温度下因形变而存在,大应变下该钢不存在单纯的形变奥氏体状态,随形变温度的降低,组织变化的规律为由奥氏体的动态再结晶为主,过渡到奥氏体动态再结晶与铁素体的诱导析出同时进行,再过渡为铁素体的析出与铁素体的动态相继进行的过程,碳素钢热加工过程在微观上实质是动态复合转变过程,奥氏体的动态再结晶影响了铁素体的形态、分布与细化效果,高温形变后的保温导致铁素体向奥氏体的逆转变。     

应力与相变相互作用对马氏体淬火残余应力的影响

本文进行了有关钢在马氏体淬火过程中应力与相变相互作用的实验研究，在此基础上提出了一种预测钢的马氏体淬火残余应力的较完整的数学模型。根据实测的材料参数用有限元方法对２６Ｃｒ２Ｎｉ４ＭｏＶ钢圆筒形试件的淬火过程进行了计算分析，着重考察了相变塑性和应力诱导相变对残余应力形成的影响。结果表明，由本模型给出的残余应力预测值与实测值吻合较好，而不考虑相变塑性的模型实际上是不适用的，忽略应力诱导相变则倾向于在较大程度上低估淬火后的残余应力     

TWIP钢的动态力学性能及变形机制研究

利用Zwick/Roell Z100万能材料试验机和Hopkinson拉杆对TWIP钢进行了准静态及动态力学性能的研究。基于力学实验结果,修正了Johnson-Cook动态本构模型中应变硬化项以及应变强化项。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术对TWIP钢拉伸变形前后的组织进行了观察与分析。结果表明：TWIP钢在准静态加载下表现为负应变率敏感性,动态加载时表现为正应变率敏感性。拉伸过程中,孪生诱发塑性是TWIP钢的主要变形机制,同时滑移也起到重要作用;动态加载下TWIP钢中形变孪晶的起始应变和孪晶体积分数均小于准静态加载过程;形变孪晶的生成以及孪晶相互作用导致的晶粒细化,使TWIP钢兼具高强度、高塑性及高动态吸能性能,在抗冲击、抗爆领域具有广泛的应用前景。     

析出相形态对Ni-Ti形状记忆合金力学性能的影响

对室温奥氏体相NiTi形状记忆合金进行热处理,在300和500℃时效温度下,分别获得具有粒状和针状Ni4Ti3析出相的组织特征,对两种组织的合金进行准静态和动态力学性能研究,对比分析析出相形态对奥氏体NiTi形状记忆合金静动态力学行为的影响规律。结果表明,准静态拉伸加载下,随应变率的提高,两种组织的应力诱发马氏体相变过程均呈现明显的应变率效应,对比分析发现,针状组织的NiTi合金发生应力诱发马氏体相变的初始应力值低,材料塑性好,抗拉强度高;准静态压缩加载时,两种组织的力学性能相近;动态压缩加载时,针状组织的动态压缩屈服强度显著高于粒状组织,但是由于粒状组织马氏体塑性变形阶段表现出更强的应变硬化效应,导致二者的动态抗压强度值相近。论文对相关机理进行了讨论和分析。