大型仪器平台原位实验系统的引入与开展探索

科研水平的发展对大型仪器表征提出了越来越高的要求.针对大型仪器平台原位实验测试系统欠缺,原位表征难以实现的问题,根据材料学院的现有资源配置及学科发展需求特点出发,提出几个解决思路:通过仪器改造,充分开发现有实验装置的原位测试功能;以课题组合作形式,解决部分原位表征系统引入;引入原位实验系统相关虚拟仿真项目.实践表明,这...     

2219铝合金TIG和FSW接头力学及疲劳性能

目的 研究钨极氩弧焊(TIG)和搅拌摩擦焊(FSW)对2219铝合金(母材)力学及疲劳性能的影响。方法 通过拉伸试验,得到了母材、TIG和FSW接头的抗拉强度和伸长率;通过疲劳性能试验测试了母材、TIG和FSW接头在不同应力下相应的疲劳寿命,根据疲劳试验结果绘制了其试样的S-N曲线;使用扫描电子显微镜观察并分析了疲劳断口的形貌特征。结果 未焊接的铝合金母材抗拉强度和伸长率最高,分别为506 MPa和15.92%;TIG接头抗拉强度和伸长率分别为330 MPa和7.65%,FSW接头抗拉强度和伸长率分别为310 MPa和8.74%。母材、TIG和FSW接头等3种疲劳试样在2×10⁶次循环下的疲劳强度分别为129、108、115 MPa,其疲劳断口均可分为裂纹源区、裂纹扩展区和瞬间断裂区,疲劳裂纹分别起始于试样表面的局部变形区、第二相夹杂物和“吻接”缺陷。疲劳裂纹扩展区的主要形貌为疲劳辉纹和二次裂纹,瞬间断裂区以脆性断裂为主。结论 TIG和FSW等2种焊接工艺均导致了2219铝合金的强度、塑韧性和疲劳性能降低,其接头表面的第二相夹杂物和“吻接”缺陷促进了疲劳裂纹的萌生。     

基于数字孪生的含裂纹焊接结构可靠性评价混合实践教学模式

为了适应当前新工科教育的需要,提高材料成型及控制工程专业实践教学质量,培养学生创新能力,以含缺陷焊接结构可靠性评价实训课程为研究对象,进行了材料成型及控制工程专业实践教学改革的探索。将当前教育领域的探究式教学理念、虚实融合方法及数字孪生技术方法融入材料成型及控制工程新工科实践教学改革,构建了基于“虚拟+数字孪生”环境的焊接结构裂纹扩展混合实践教学平台,将理论学习、虚拟仿真试验和实际“实验操作”结合一体;同时针对实际工程案例,学生独立自主设计试验方案,完成数据分析及应用,实现理论与实践的统一。利用此混合实践教学模式,解决了新工科项目式教学设计难题,有利于促进学生的自主学习,激发学生工程实践的探究兴趣,增强学生的实践动手能力和创新能力,从而有效提高实践教学效果。     

不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为

通过腐蚀疲劳试验研究了在H₂S环境中不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为及机理,对试样的微观组织、断口和裂纹扩展路径进行了观察.结果表明,X65管线钢焊接接头焊缝的微观组织主要由先共析铁素体、粒状贝氏体和M/A组元构成,M/A组元增大了焊缝的脆性.粗晶热影响区主要由板条贝氏体和粒状贝氏体组成,焊缝和粗晶热影响区的硬度较高,韧性较差.在不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳机理均为阳极溶解+氢脆混合机制,但低应力幅下腐蚀作用带来的损伤更加显著.随着应力幅的增大,试样的腐蚀疲劳寿命显著降低,裂纹扩展的速率也越快.此外,二次裂纹主要沿着贝氏体板条束的晶界扩展,裂纹尖端在针状铁素体和先共析铁素体处产生了钝化现象,这两类组织有着良好的抗氢脆能力.     

自主研发焊材制备的新型Fe-Cr-Ni合金焊接接头的显微组织与晶界工程（英文）

研究由自主开发的成分匹配焊材制备的先进耐热合金焊接接头的显微组织、织构与屈服强度。采用扫描电镜、能谱仪和电子背散射技术进行表征。针对焊件开展不同参数的晶界工程,测试经历晶界工程前后焊件在973K下的屈服强度,其实验结果与预测值相近。通过观察晶界工程处理后试样的重合位置点阵、晶粒取向差和再结晶现象,发现试样中位错密度和"特殊晶界"比例的增大是晶界工程处理后焊件屈服强度上升的主要原因。高温拉伸断后伸长率和冲击韧性随着不同晶界工程处理参数的变化趋势相近,这与碳化物的粗化行为有关。     

6063-T6铝合金搅拌摩擦焊组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)对10mm的6063-T6铝合金分别进行单、双面焊接,并探究焊接速度对接头微观组织及力学性能变化的影响。结果表明,单双面焊接接头"S"线形貌基本保持一致且集中在前进侧轴肩影响区,单面焊有更明显的洋葱环形貌。焊核区中部区域等轴晶晶粒尺寸小于上部轴肩影响区,且单面焊焊核区晶粒尺寸大于双面焊。搅拌摩擦焊旋转速度为1 500r/min,焊接速度由300mm/min增至1 400mm/min时,接头力学性能先升高后降低,且双面焊接头力学性能始终优于单面焊。接头抗拉强度峰值为187MPa,断裂位置多位于后退侧热影响区,与接头最低硬度位置保持一致,主要断裂模式为韧性断裂。     

5754铝合金钨极氩弧焊和搅拌摩擦焊接头的疲劳性能及断裂机理

分别采用钨极氩弧焊(GTAW)和搅拌摩擦焊(FSW)对10mm厚5754铝合金进行双面同步焊接,对比研究了应力幅为162,135,117,108,99MPa时焊接接头的疲劳性能,并对其疲劳断裂机理进行了分析。结果表明:在指定应力幅下,5754铝合金GTAW接头的疲劳强度明显高于FSW接头的,在50%和95%存活率下,GTAW接头的疲劳强度特征值比FSW接头的分别提高了27%和30%,GTAW接头的疲劳性能优于FSW接头的;GTAW接头与FSW接头的疲劳断裂机理基本相同,疲劳裂纹均起源于接头熔合区的外表面,随着应力幅的降低,疲劳裂纹扩展区在断口中的占比增加,且同等应力幅下GTAW接头疲劳裂纹扩展区的占比高于FSW接头的;同等应力幅下GTAW接头的疲劳辉纹间距比FSW接头的小,GTAW接头的疲劳寿命长于FSW接头的。     

不同环境下X65管线钢摩擦塞焊搭接焊接头组织和力学性能分析

为了研究摩擦塞焊搭接接头的金相组织和力学性能,分别在空气中和水下对圆锥形搭接试样进行试验. 结果表明,在空气中焊接时,没有焊接缺陷的产生;在水下焊接时,低的焊接工艺参数导致接头产生未填充和未连接两种焊接缺陷. 接头中焊缝和热影响区组织为上贝氏体,母材为细小的铁素体和珠光体组织. 接头的硬度分布为母材最低,热影响区次之,焊缝最高,水下搭接接头的硬度一般高于空气中接头的硬度. 在空气中焊接时,只有塞孔底部的拉伸试样断裂在结合线处;而在水下焊接时,靠近塞孔底部的两个拉伸试样在结合线处发生断裂.     

温度对X65/316L机械复合管焊接接头CO2腐蚀的影响

在模拟CO2腐蚀环境中,采用高温高压釜对复合管内层不锈钢焊接接头的CO2腐蚀行为进行了试验研究.结果表明,焊接接头随着腐蚀温度的升高,腐蚀产物膜上微孔越来越多,腐蚀速率随温度升高不断增加.通过EDS分析结果可知,复合管内层发生CO2腐蚀的产物可能为FeCO3和Cr2O3的混合物.经去膜后,焊接接头经不同温度腐蚀后为均匀...     

新型22Cr-15Ni奥氏体耐热钢高温低周疲劳行为

22Cr15Ni3.5CuNbN新型奥氏体耐热钢是为620 ~ 650 ℃的超(超)临界电站锅炉管道制造而研发的新型奥氏体耐热钢,其高温性能的优劣对机组的安全可靠运行具有重要意义. 文中通过22Cr15Ni3.5CuNbN钢在650 ℃下的低周疲劳试验,研究了其在不同应变幅条件下的应力?应变关系及疲劳寿命. 通过对断口形貌的分析研究了其断裂机理. 结果表明,22Cr15Ni3.5CuNbN钢在高温下表现出明显的循环硬化行为,且没有明显的应力饱和现象出现. 其硬化行为与材料内部位错密度的增加有关. 采用基于塑性应变能密度对其疲劳寿命进行了预测,取得了良好的预测效果. 疲劳断口可以分为3个区域:裂纹源区、裂纹扩展区以及瞬断区. 在较高的应变幅条件下,在断口处可观察到多个裂纹源. 多个裂纹源的形成和二次裂纹的产生是导致其疲劳寿命下降的重要原因.