双轴加载下冷变形Zr-4合金的循环变形行为及其微观机理

研究了冷变形Zr-4合金在双轴比例和非比例加载下的循环变形行为,结果表明:当循环应变幅较低时,Zr-4合金表现为循环初始硬化随后饱和的特征;随着应变幅提高,初期硬化后,表现为连续循环软化特征;高应变幅下,初期硬化消失,表现为急剧的循环软化.相同等效应变幅下,非比例加载下的Mises循环等效应力明显高于比例加载,表现为非比例附加硬化现象; 相位角30°时,非比例附加硬化程度最高.非比例加载下疲劳寿命低于比例加载.双轴疲劳变形亚结构TEM观察表明:当加载方式由比例加载转化为非比例加载时,疲劳位错结构由拉长的位错条带向位错缠结和位错胞转化,材料内部各向同性强化机理加强是Zr-4合金非比例潜在硬化的原因.     

双轴比例加载条件下含氢化物Zr-4合金变形行为的数值分析

采用有限元数值分析方法,模拟了含氢化物Zr-4合金拉-扭双轴比例加载下的变形行为.相同外加等效应变下,加载路径对含氢化物Zr-4合金的应力、应变分量的大小和分布有明显的影响,而对其等效应力-应变曲线影响较小.不同加载路径下, Zr-4合金基体的最大静水拉应力区位于氢化物与基体的界面附近.随着拉伸-扭转应变比的增加,基体中最大静水拉应力增加,而最大静水拉应力位置与外加剪切方向的夹角由45°逐渐转向90°.     

渗氢量对Zr-4合金管材氢化物取向因子测定的影响

用干法渗氢系统向Zr-4合金管材中渗氢,研究不同渗氢量对其氢化物取向因子测定的影响。通过定氢仪测定渗氢量,金相显微镜观察氢化物的形貌、取向分布及测定氢化物取向因子。结果表明:渗氢量为0.012 0%时,氢化物尚未充分长大,不利于计数统计;渗氢量为0.016 8%和0.022 7%时,管材氢化物取向因子值内外层有明显差别,而两者之间差别不大,能准确反映管材氢化物取向分布;当渗氢量为0.038 3%和0.040 0%时,氢化物过度长大已掩盖了内外层氢化物取向的差异,不能准确反映管材氢化物取向分布。     

Zr-4合金双轴疲劳行为及其微观变形机理Ⅰ.双轴疲劳变形行为

研究了不同主应变比比例加载和不同相位角非比例加载条件下Ｚｒ－４合金双轴疲劳行为。结果表明：双轴比例和非比例循环变形过程中,在Ｍｉｓｅｓ循环等效应力响应－循环周次曲线上,Ｚｒ－４均表现为循环初始硬化,随后逐渐软化特征。Ｍｉｓｅｓ循环等效应力－应变曲线均位于单调曲线的上方,表现为循环硬化特征。进一步研究表明：非比例加载过程中合金的循环强化程度高于相同等效应变下的比例加载,表现为非比例附加强化现象。当主     

氢对Zr-4合金在400℃时的低周疲劳性能的影响

用TEM分析了氢在Zr-4合金中存在的形式，用MTS809A／T拉扭试验机（25kN）研究了氢对Zr-4合金在400℃低周疲劳性能的影响。实验中采用对称拉压循环（Rε=εmin／εmax=-1），三角波加载：应变速率为2×10^-3s^-1。研究结果表明：在室温下，氢以艿氢化物的形式存在于Zr-4合金中，艿氢化锆基本与轧面平行；氢含量为240μg／g的Zr-4合金的低周疲劳性能优于无氢Zr-4合金。采用氢致软化机制讨论了氢提高Zr-4合金低周疲劳性能的原因。     

非比例加载下冷变形Zr-4合金的宏观应力响应及其位错亚结构

研究了相位角分别为30°, 60°, 90°以及等效应变幅分别为0．8％, 0．6％, 0．4％时双轴非比例加载下,冷变形去应力状态Zr-4合金的宏观响应和微观位错亚结构．结果表明:应力矢量和应变增量矢量之间的滞迟角θ在循环变形初期变化幅度较大;随着塑性变形的进行,变化幅度逐渐减小并趋于稳定．滞迟角的变化幅度与加载路径曲率的变化有关: 90°相位角时变化幅度最小, 30°相位角时变化幅度最大．在椭圆和圆形加载路径下,随着应变路径弧长△l的增大,等效应力的平均值升高,而变化幅度减小并渐趋稳定．随着相位角的提高,等效应力响应平均值升高． Zr-4合金在非比例加载过程中表现出初始硬化．随后持续软化的持征．随着相位角的提高,循环软化程度加剧．非比例循环过程中Zr-4合金的等效应力高于相同等效应变幅下的比例加载,表现出潜在强化特征． TEM观察表明:随着相位角的增加, Z卜4合金双轴疲劳位错亚结构由单个位错线向位错缠结及成熟的位错胞转化．材料内部各向同性强化机理加强是Zr-4合金非比例潜在强化的主要原因．     

Zr-4合金高温变形行为研究

采用Gleebe-1500热模拟机,对Zr-4合金在温度为750～950 ℃、应变速率为5×10-5～50 s-1、最大变形程度为80%的条件下,进行高温压缩热模拟实验研究.在实验基础上,分析了合金高温变形时的变形激活能和应力指数以及流变应力与应变速率、变形温度之间的关系,以经典的双曲正弦式的模型为基础建立了Zr-4合金热变形的本构方程,同时也通过对数据回归处理确定了合金不同温度下的应力指数n、变形激活能Q、材料常数lnA以及α、β值.研究结果表明,应变速率和变形温度的变化强烈影响着合金流变应力的大小,流变应力随应变速率提高而增大,随变形温度升高而降低.     

织构对Zr-4合金低周寿命的影响

采用XRD测定了Zr-4合金板材的织构，用拉扭试验机分别测试了Zr-4合金板材在室温时轧向（R试样，拉伸轴平行于轧向）和横向（T试样，拉伸轴平行于横向）的低周疲劳性能，用TEM研究了Zr-4合金的疲劳亚结构。结果表明：Zr-4合金板材存在明显的织构：轧向的低周疲劳性能高于横向；在循环变形过程中，只有部分晶粒发生了塑性变形，发生塑性变形的晶粒内存在着许多位错和滑移线，T试样中的位错和滑移线比R试样更稠密。板材织构造成了R试样和T试样的低周疲劳寿命。     

Zr-2.5Nb合金板材吸氢行为研究

采用电解法对Zr-2.5Nb合金板材进行渗氢,研究不同时间渗氢后试样的吸氢特性;运用X射线衍射仪和金相显微镜对渗氢及热处理后试样的物相结构和显微组织及氢化物分布特征进行分析,并利用LECORH600红外吸收氢测量仪对试样吸氢量进行定量分析。结果表明,合金吸氢后试样表面形成一层氢化物膜,氢化物膜主相为ZrH1.66,氢化物膜厚随着渗氢时间的延长而逐渐增加;合金试样中氢化物呈片状并沿平行板材轧制方向分布,且氢化物随试样吸氢量的增加有聚集生长的趋势,试样的吸氢量随渗氢时间呈抛物线型变化。     

Zr-4合金双轴疲劳行为及其微观变形机理Ⅱ.双轴循环变形亚结构及其织构的发展

用透射电镜分别观察了Zr-4合金比例和非比例双轴疲劳变形亚结构.结果表明:等效应变幅为0.8%,不同主应变比下,Zr-4合金比例双轴疲劳后典型的位错组态是{1010}柱面滑移产生的平行位错线.随着等效应变幅提高,从平面状向波纹状滑移转化,有形成位错胞的趋势.非比例加载过程中,随着相位角从30°增大到90°,位错组态从平行位错墙变化成位错胞.相位角为90°时,随着等效应变幅提高,位错保持位错胞结构,但位错密度增高.非比例变形前后织构分析表明:随着相位角提高,{1010}极点密度减弱,{1011}锥面极点密度增强,表明合金塑性变形从以{1010}柱面滑移为主向柱面滑移加锥面滑移多系滑移转化.Zr-4合金非比例附加强化一方面是由于部分柱面滑移被锥面滑移取代后,滑移系本身临界分切应力提高;另一方面由于多滑移导致〈a/a〉和〈c+a〉/〈a〉位错与位错之间交互作用力提高.     

温度对N18(NZ2)合金循环变形行为的影响

研究了200、300、400℃温度下N18(NZ2)合金的循环变形行为,同时研究了室温和400℃低周疲劳行为.结果表明:N18(NZ2)合金低周疲劳寿命Nf随着塑性应变范围△εp的增加而降低,并遵循Coffin-Manson关系:Nβf△εp=C;N18(NZ2)合金在400℃高温下,其循环滞后回线出现锯齿状波形,即出现Portevin-LeChatelier效应.且在200、300、400 ℃下,合金表现出与常温下不同的循环特性,呈现出一致循环硬化的现象;在高温,N18(NZ2)合金疲劳断口局部出现韧窝型断裂,并出现细小的二次裂纹.大量二次裂纹的存在是400℃疲劳断口的主要特征.     

Biaxial Low Cycle Fatigue Properties of Zircaloy-4 under Tension-Torsional Proportional Loading

Biaxial low cycle fatigue properties of the alloy Zr-4 have been studied for the principal strain ratios (ε₃／ε₁) of -0.8，-0.7，-0.6，-0.5 and the equivalent strain ranges of 0.5%，0.7%，0.8%，0.9%，1.0%，1.1%.The results show that the alloy Zr-4 displays cyclic deformation hardening followed by softening. The cyclic Mises' equivalent stress-strain curve lies above the monotonic one for the alloy Zr-4 under proportional loading. The effect of strain ratio on cyclic deformation behavior is small. The larger the strain ratio, the lower the fatigue lifetime for the same Mises' equivalent strain range. The relationship between fatigue lifetime and the Mises' equivalent strain range fits an exponent law.     

Zr-4合金拉-扭复合比例加载条件下的低周疲劳特性

研究了Zr-4合金管材在主应变比ε3／ε1=-0.8,-0．7,-0．6,-0．5和等效应变幅0．5％,0．7％,0．8％,0．9％,1．0％,1．1％下的低周多轴疲劳性能。结果表明：在拉-扭比例加载过程中,再结晶状态Zr－4合金表现为初期短暂硬化,随后持续软化的特性。Zr－4合金的循环等效应力-应变曲线位于单调曲线的上方,表现为循环硬化。主应变化对循环硬化曲线没有影响。相同Mises等效应变幅下,应变比越大,疲劳寿命越低。双轴疲劳过程中,Zr－4合金Mises等效应变幅与疲劳寿命之间呈指数关系。     

循环处理对铝合金尺寸稳定性的影响

研究了循环处理对ＬＤ１０合金的尺寸稳定性畸变的影响,并通过残余应力和组织结构的变化分析了作用机理,探讨了工艺路线,工艺参数影响规律,得出增强ＬＤ１０合金稳定性降低残余应力的循环处理优化工艺。     

锆及锆合金的疲劳行为及其变形机理

研究了室温,４００℃和６００℃下锆及锆－４合金的低周疲劳行为,其循环应力响应曲线表明：锆及锆－４均表现为循环初期硬化,随后饱和,再逐渐软化,与平面状滑移材料类似,密排六方金属锆的循环变形行为对加载历史敏感。     

Ti-31合金循环变形特性研究

研究了Ｔｉ３１合金循环变形的力学行为及组织特征。研究表明：当循环应变Δε／２＝０．６％～１．０％时,合金具有明显的应变滞后现象,循环次数对硬化环的宽度无明显影响,循环变形特性主要表现为循环饱和。循环变形后α相内产生大量位错增殖,形成位错环。     

304不锈钢在室温下非比例应力和应变循环变形行为实验研究

在室温下对304不锈钢进行了多种长短轴比的椭圆形、菱形等非比例循环加载路径下的应力与应变路径形状、路径的应力与应变幅值、平均应变及其加载历史的影响的系统实验．结果表明，材料的循环塑性行为强烈地依赖于应力与应变路径形状、路径的应力与应变幅值及其加载历史。     

TC4钛合金的热变形行为及其影响因素

利用Gleeble1500热模拟机测试了Ti6Al4V合金在不同温度和不同应变速率下的真应力真应变曲线,观察热变形前后的组织,分析变形温度、应变速率、原始组织和热处理工艺对合金的热变形行为的作用及影响规律。结果表明,在应变速率为8.3×10-3s条件下,合金在600℃热变形时软化机制以动态回复为主,800℃至900℃热变形时软化机制以动态再结晶为主;700℃热变形时动态回复和动态再结晶可同时发生。淬火和时效可提高合金的热变形抗力。合金在600℃变形时,热变形抗力对在8.3×10-2s-8.3×100s范围变化的应变速率敏感性较差;当应变速率降至8.3×10-3s-1时,热变形抗力有较大幅度的降低。在相同的变形条件情况下,魏氏组织的流变应力高于等轴组织。     

Ti-1300合金室温变形行为研究

利用OM和TEM系统研究了Ti-1300合金的室温变形行为。结果表明:Ti-1300合金在不同温度下进行固溶处理后进行拉伸变形,在应力-应变曲线上没有出现双屈服的现象;Ti-1300合金因含有较多的β稳定元素引起β相的稳定性增加,在室温变形机制主要是位错滑移和孪生;塑性变形过程中位错将产生滑移、缠结和割阶等交互作用,随着塑性变形量增加10%,Ti-1300合金的显微硬度约增加210 MPa。