SLM成形17-4PH不锈钢微观组织与动态断裂性能

通过激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术制备了17-4PH不锈钢,采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction, EBSD)和透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)等方法对沉积态和固溶态试样微观组织结构进行了分析.通过示波冲击试验确定了裂纹萌生扩展的特征阶段和动态裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线),研究了微观组织与动态断裂性能之间的关系.结果表明,沉积态试样主要由<100>择优且沿增材方向拉长的δ铁素体柱状晶、取向随机的细小马氏体,以及少量奥氏体组成,不同截面具有显著的组织各向异性;大尺寸δ铁素体柱状晶与细小晶粒的结合面作为薄弱环节,使其脆性增加,J-R曲线的撕裂模量较低,以准解理方式断裂.固溶热处理明显弱化组织各向异性,微观组织由尺寸细小、均匀的马氏体组成,其冲击吸收能量提升1倍,动态断裂韧性优良,属于韧性断裂.大尺寸δ铁素体柱状晶与周围细小马氏体晶粒界面结合较弱是沉积态17-4PH不锈钢动态断裂性能较差的主要原因.     

USRP处理45钢微观梯度力学性能演变及残余应力分布∗

针对材料表层梯度结构力学性能及残余应力分布研究不够深入的问题,对正火态 45 钢进行超声表面滚压加工 (USRP) 处理,在材料表层制备出微观梯度结构,并进行金相、SEM 和 EBSD 分析。 结果表明,根据形变程度将表层微结构分为 3 个区域:强变形区、微变形区和未影响区,厚度最高可达 680 μm。 接着采用应变梯度理论(MSG)修正的仪器化压痕法对试样表层力学性能进行分析,发现试样表层的显微硬度、弹性和塑性变形性能均呈现明显的梯度变化。 最后,采用轮廓法和 X 射线衍射法相结合的方式测量试样表面及内部残余应力分布。 测试结果表明,处理后试样表面形成一定深度的残余压应力场,在距离表面约 700 μm 处压应力峰值仍可达 809. 6 MPa,并且两种测试方法具有较好的一致性。 系统分析了试样表层在微观组织、屈服强度、残余应力分布和塑性流变性能方面出现的明显梯度变化。     

基于单边缺口拉伸试样的环缝接头阻力曲线确定方法对比

近些年单边缺口拉伸(SENT)试样被用于管道基于应变的设计与评估,并且相关机构发展了一些断裂韧性的测试标准,包括DNVGL-RP-F108,CANMET,BMT,USP以及英国国家标准BS 8571等. 但相关测试标准之间在测试原理、测试方法以及断裂韧性计算方法上还存在较大差异,有必要对它们之间的区别进行进一步的研究. 文中以API X80管线钢环缝接头为研究对象,对夹持式单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张开位移(δ)和J积分阻力曲线不同确定方法进行了对比. 结果表明,通过拟合计算J-R曲线、δ-R曲线以及初始断裂韧性值J_0.2和δ_0.2,给出了SENT试样断裂韧性阻力曲线计算的推荐公式.     

热等静压处理对选区激光熔化GH3536微观结构及拉伸性能的影响

利用选区激光熔化技术制备GH3536试样,研究了热等静压处理前、后选区激光熔化GH3536微观结构演变对力学性能各向异性的影响。利用扫描电镜、电子背向散射衍射和拉伸试验等方法对沉积态和热等静压态试样进行了微观组织、晶体织构和力学性能表征分析。研究结果表明,与传统工艺相比沉积态试样形成了超细晶组织且拉伸性能较高。X-Y面中的等轴晶存在〈001〉和〈101〉择优取向;Y-Z面中外延生长的柱状晶结构的〈001〉晶向近似与增材方向平行。受晶粒尺寸及织构强度的影响,相对于纵向试样,横向试样的屈服和抗拉强度更高,但其延展性偏低,在断口中观察到脆性断裂特征及未熔合缺陷。经热等静压处理后,柱状晶粒发生等轴化转变,晶粒取向随机分布,碳化物沿晶界析出,裂纹愈合,但是试样拉伸强度降低,塑性升高,并且各向异性消失。     

动载下焊接接头断裂行为预测

焊接结构在动载下使用时,为保证安全使用,常常要求其接头具有足够断裂韧性值,但由于动载断裂韧度测试复杂且成本高,因此研究者试图使用静载下的试验结果对动载下断裂行为进行预测和评定。有鉴于此,本文测试了在不同加载速率下,典型建筑用钢焊接接头的断裂韧度值。在准确把握材料在动载荷下本构关系的基础上,通过局部法,实现了由静载断裂韧度值对动载下接头断裂行为的成功预测。表明基于威布尔应力的局部法可有效地评定接头在高加载速率下的断裂行为。     

T形接头承载角焊缝根部裂纹扩展角度

针对Q355B低合金钢T形接头承载角焊缝根部疲劳失效的扩展路径问题,提出了一种基于受力分析计算的等效应力强度因子法(KEQ法)预测根部裂纹的扩展角度. 经有限元模拟验证,其求解应力强度因子的最大误差小于5%. 与基于有限元分析计算的最大周向应力法(MCS法)和有效结构应力法(ETS法)相比较,并结合3种不同应力水平下弯曲疲劳试验结果发现,基于等效应力强度因子法、最大周向应力法与有效结构应力法求解的裂纹扩展角度分别为25.6°,25.9°和32.2°,相较于实际疲劳试验的根部裂纹扩展角度24°,误差分别为6.67%,7.92%和34.17%. 结果表明,基于KEQ法求解裂纹扩展角度准确度最高,更适于预测承受弯曲疲劳载荷下T形接头角焊缝根部裂纹的扩展角度.     

小尺寸稳态实验方法在PE管道中的应用

介绍了小尺寸稳态实验（简称S4）的实验原理，实验装置，温度及管壁厚度等因素对止裂性能的影响。分析认为：S4是模拟聚乙烯压力管道的快速裂纹扩展的一种有效方法。S4的临界压强是衡量管道承受压力的一个标准。实验先将压强确定为0.4MPa，若裂纹快速扩展，则取其一半，若止裂，则取其2倍，反复6次即可得到所需的临界压强值。     

聚乙烯压力管道抗快速裂纹扩展性能的实验研究

小尺寸稳态实验（简称S4实验）是模拟聚乙烯（PE）压力管道快速裂纹扩展的一种有效方法，可获得PE压力管道的止裂性能指标，已成为PE压力管道油气分配装置的设计规范和国际标准。介绍S4实验原理及天津大学自行研制开发的国内第一套S4实验装置，并在不同压力和不同温度下进行了S4实验，最后根据ISO－FDIS 13477规定，经实验得出了供试管材的止裂曲线。     

聚乙烯压力管道小尺寸稳态试验装置及其止裂性能研究

小尺寸稳定态试验(Small-scale steady state testing,S4)是模拟聚乙烯压力管道的快速裂纹扩展的一种有效方 法,可获得可靠的压力管道止裂性能指标。在介绍自行研制的S4试验装置基础上,利用该装置在不同压力和不同 环境温度下,对PE80聚乙烯压力管道进行了S4试验,给出了供试管材的止裂曲线;并通过试验分析研究了焊接 工艺、压力和环境温度等因素对聚乙烯压力管道止裂性能的影响。