纳米压入结合有限元模拟确定金属材料的塑性性能

材料具有相同的弹性模量 E以及代表性应力与代表性应变(σr,εr)时,可以获得相同的纳米压痕加载曲线,而与材料的应变强化指数 n无关。基于此,利用纳米压入结合有限元数值模拟建立一种确定金属材料塑性性能参数的改进方法。首先,不考虑金属材料的加工硬化,通过不断调整代表性应力的假设值,当模拟与实验载荷?位移曲线的加载阶段相吻合时,确定其代表性应力。其次,对金属材料假设不同的应变强化指数,采用相同的方法确定其代表性应变。最后,通过调整应变强化指数的假设值,使模拟曲线与实验曲线的卸载阶段相吻合来确定金属材料的真实应变强化指数,继而利用幂强化本构方程确定金属材料的初始屈服极限。将该方法应用于AISI 304不锈钢、铁及铝合金三种金属,其有效性得到验证。     

金属材料塑性参数仪器化压入识别方法

采用有限元数值仿真结合仪器化压入实验的方法,选择Vickers压头和面角为172°的四棱锥压头用于金属材料塑性参数的仪器化识别,通过量纲分析和有限元数值仿真建立基于压入比功We/Wt的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法和基于名义硬度Hn的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法。根据识别方法的精度分析结果,确定条件屈服强度σ0.2和应变硬化指数n作为金属材料塑性参数识别的目标参数。6061铝合金、S45C碳钢、SS316不锈钢、SS304不锈钢和黄铜5种金属材料条件屈服强度σ0.2的识别误差为-17.5%~4%,基本满足工程需要,验证本研究中建立的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法的有效性。     

基于压入比功的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法

通过量纲分析和有限元数值仿真,建立对应Vickers压头和面角为172°的四棱锥压头的特征应力和特征应变与压入比功的函数关系式,并建立了基于压入比功的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法。根据识别方法的精度分析结果,确定条件屈服强度σ0.5和应变硬化指数n为金属材料塑性参数识别的目标参数。6061铝合金、S45C碳钢、SS316不锈钢、SS304不锈钢和黄铜5种金属材料条件屈服强度σ0.2的识别误差均为-14.4%~4.0%,应变硬化指数n的识别误差均为-0.009~0.063,满足工程需要;验证了所建立的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法的有效性。     

基于纳米压入技术表征金属材料塑性参数

基于球形压入的工作方式,重点研究金属材料塑性参数的表征方法。首先,选取压入总功和Meyer系数作为主要分析参数。其次,利用孔洞模型、相似解和数值模拟等工具,分别建立压入总功和Meyer系数与材料塑性参数之间的半解析关系式。由此,提出一种金属材料塑性参数表征方法,该方法可以避免对接触半径的测量,并能通过一次加载试验同时识别屈服强度和硬化指数,确保了方法的可操作性和便捷性。最后,选用4种常用金属材料进行压入和拉伸试验,通过将该方法的预测结果与拉伸试验结果比对可知,该方法能较准确地识别材料的塑性力学参数。     

纳米压入下镁基非晶合金的间歇性塑性流动

镁基非晶合金通常表现出显著的宏观脆性,因此用常规拉伸、压缩等方法对该合金的变形行为进行研究具有很大困难。本研究利用具有高时间分辨率和高空间分辨率的纳米压痕技术观察了不同加载速率下镁基非晶合金的锯齿流变行为。结果表明,低加载速率促进锯齿的形成,而高加载速率则抑制锯齿的形成。其原因是在低加载速率下,单一剪切带足以耗散外加应变;而在高加载速率条件下,由于单一剪切带不能将应变耗散掉,因此需要更多的剪切带参与变形。为了进一步解释这一锯齿流变行为,本研究采用遍历处理对每个锯齿的应变突变进行了统计分析。结果表明,在不同的加载速率下,小的应变突变服从幂律分布,且幂指数为1．45;而大的应变突变则呈现指数衰减规律。最后,借助硬度对应变速率的敏感性,估算了镁基非晶合金在纳米压人条件下剪切转变区的体积,为4．5nm^3。     

基于仪器化压入技术表征金属材料塑性参数的实验对比分析(英文)

本实验选择4种典型的金属材料,分别进行了仪器化压入试验和单轴拉伸试验。通过文献调研,选择5种具有代表性且操作简便的表征方法对压入试验结果进行处理,得到材料的塑性参数。将该参数与单试验结果进行比对,检查上述5种方法的准确性及可靠性。     

多晶铜膜纳米压入蠕变性能

在JGP560V磁控溅射镀膜设备上镀制多晶铜膜,利用纳米压入技术测量了其室温下的蠕变性能.结果表明:由于不同加载方式下,材料加工硬化程度的不同造成了应力指数的差异,因而,不同加载方式对测得的铜膜蠕变应力指数有比较大的影响;由于材料在高载荷时在压头下端产生更多的位错,阻碍了压头的压入,使蠕变率降低,因而,随着保载载荷的升高,蠕变应力指数变大.     

纳米压痕和反演分析法确定Al18B4O33 w/2024Al复合材料基体力学性能

为探明铝基体强化对铝基复合材料强度的贡献值并确定铝基体力学性能参数,实现性能导向的铝基复合材料可控设计,针对Al18B4O33w/2024Al复合材料铝基体开展纳米压痕试验,获取铝基体载荷-位移曲线,利用量纲法确定铝基体应变强化指数和初始特征应力,利用有限元迭代的反演分析法确定铝基体特征应力和特征应变.基于幂强化模型,...     

剧烈塑性变形对块体纳米金属材料结构和力学性能的影响

综述了剧烈塑性变形引起的块体纳米金属材料的结构和力学性能演变.以电化学沉积法制备的fcc结构纳米晶Ni-20%Fe(质量分数)合金为研究对象,通过对其进行不同应变量的高压扭转实验,系统分析了变形引起的结构和力学性能演变.结构表征结果表明:(1)变形引发纳米晶Ni-Fe合金晶粒旋转,实现晶粒长大.同时,晶粒长大过程伴随着位错密度、孪晶密度的演变;(2)存在一个最有利于变形孪晶生成的晶粒尺寸范围(45~100 nm),在这个晶粒尺寸范围之外,去孪晶起主导作用使原有的生长孪晶或变形孪晶消失;(3)位错密度是影响位错与孪晶反应的新的影响因素.当发生孪晶的晶粒内位错密度低时,位错可完全穿过孪晶界,部分穿过孪晶界,或被孪晶界吸收;发生孪晶的晶粒内位错密度高时,大量位错缠绕并堆积在孪晶界附近,形成应力集中,破坏孪晶界原有的共格性.为释放局部应力,将从孪晶界的另一侧发射不全位错形成层错和二次孪晶;(4)在塑性变形导致的晶粒长大过程中,原先偏聚于消失了的晶界上的C和S沿残留晶界扩散并继续偏聚于晶界上.结构与力学性能关系结果表明:随着应变量的增加,应变强化、应变软化交替出现.位错密度对硬度的演变起主导作用,其它结构演变(如孪晶密度的变化和晶粒尺寸变化)对硬度的演变起次要作用.     

加载速率对Al膜纳米压入蠕变性能的影响

纳米压入仪对Si片上晶Al膜进行的压入蠕变实验表明,加载方式对Al膜的蠕变性能有明显影响.随加载速率和载荷的增大, Al膜的总蠕变量和应力指数均有较大升高 且蠕变初期可能存在异常高蠕变率.分析认为这与是加载过程中未及发生的塑性变形的持续释放有关.对于确定的薄膜材荆及组织结构,加载过程中积攒的塑性变形量及其释放速率将影响不同加载条件下的总蠕变量和应力指数.     

球形压痕法评价材料屈服强度和应变硬化指数的有限元分析

采用量纲分析法,建立了直径1 mm球形压头的无量纲函数.通过此无量纲函数和有限元计算,可推算金属材料的屈服强度和应变硬化指数.通过模拟,得到了屈服应变从0.00769到0.04范围的材料常数的拟合函数,并利用此拟合函数得到了屈服强度和应变硬化指数.通过模拟验证,此方法提高了计算精度并扩大了材料的计算范围.所获得的屈服强度平均误差是1.6%,应变硬化指数的平均误差12.6%.     

拉力法测量氧化膜的粘附力

利用拉力法测量了Ti-5621S及含1wt%Nd的Ti-5621S合金800℃空气中形成的氧化膜的粘附力,用膜/合金界面能表征的氧化膜的粘附力不仅与断裂载荷有关、而且还与膜内的残余应力有关.简化分析后得出它们间存在关系Ti-5621S合金中添加Nd能增强氧化膜粘附力,两种合金氧化膜的粘附力随厚度增加而降低.     

金属多晶体塑性变形几何分析及双相TiAl基合金的室温塑性

通过对金属多晶体塑性变形几何分析表明,塑性应变量一定时,扫过单位体积晶体的位错线长度与晶粒尺寸成反比,从理论上证明了单位面积晶界所发射的位错线长度与晶粒尺寸无关,而晶粒间协调变形时晶界凸起或凹陷的畸变量与晶粒尺寸成正比。     

冷却方式对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响

两阶段控制轧制后,采用不同的冷却路径进行冷却,研究冷却路径对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响.结果表明,超快冷+空冷冷却路径可获得细晶组织,晶粒平均尺寸约为7.76μm,屈服强度高达425 MPa,抗拉强度高达500 MPa.超快冷+炉冷试样中存在细小的沉淀粒子,沉淀粒子尺寸主要集中在2-7 nm,而超快冷+空冷试样中只存在少量球形沉淀粒子,轧后直接空冷可获得相间沉淀粒子.不同冷却路径获得的热轧板在700℃下退火300 s后,沉淀粒子发生明显的粗化;退火处理后,超快冷+炉冷试样的晶粒平均尺寸减小为6.47μm,相对于退火前,其屈服强度和抗拉强度分别增加50和30 MPa,强度的增加主要源于细晶强化.对于含0.03%Nb(质量分数)的Nb-Ti微合金钢,由于沉淀粒子的体积分数有限,因此细晶强化效果远高于沉淀强化效果,强度的变化与晶粒尺寸的变化具有很好的对应性.另外,加工硬化指数与晶粒尺寸密切相关,随着晶粒平均尺寸的增加使加工硬化指数增加.     

冷却方式对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响

两阶段控制轧制后,采用不同的冷却路径进行冷却,研究冷却路径对Nb-Ti微合金钢组织和性能及沉淀行为的影响.结果表明,超快冷+空冷冷却路径可获得细晶组织,晶粒平均尺寸约为7.76μm,屈服强度高达425 MPa,抗拉强度高达500 MPa.超快冷+炉冷试样中存在细小的沉淀粒子,沉淀粒子尺寸主要集中在2—7 nm,而超快冷+空冷试样中只存在少量球形沉淀粒子,轧后直接空冷可获得相间沉淀粒子.不同冷却路径获得的热轧板在700℃下退火300 s后,沉淀粒子发生明显的粗化;退火处理后,超快冷+炉冷试样的晶粒平均尺寸减小为6.47μm,相对于退火前,其屈服强度和抗拉强度分别增加50和30 MPa、强度的增加主要源于细晶强化.对于含0.03%Nb(质量分数)的Nb-Ti微合金钢,由于沉淀粒子的体积分数有限,因此细晶强化效果远高于沉淀强化效果,强度的变化与晶粒尺寸的变化具有很好的对应性.另外,加工硬化指数与晶粒尺寸密切相关.随着晶粒平均尺寸的增加使加工硬化指数增加.     

紫铜的非比例循环塑性变形行为实验研究

对紫铜在非比例循环加载下的循环行为进行了实验研究,开展了圆形和菱形应变路径的双轴非比例循环加载试验,并进行了４种具有平均应力排比例循环路径的循环棘轮试验,实验研究表明,紫铜的塑性应变率方向和塑性模量的演化强烈地依赖于应变路径形状和等效应等幅值;紫铜的非比例循环棘轮行为也明显依赖于加载路径形状、幅值,平均庆力及其历史。     

IMPROVEMENT ON THE CALCULATION OF PLASTIC STRAIN RATIO IN BCC MONOCRYSTALS

Two improvements have been made on the calculation of plastic strain ratio(r value)inBCC monocrystals by considering the differences in the critical shear stresses among thethree slip systems and the rotation of crystal lattice.It is found that the results calulatedby the improved method are more rational.     

EFFECTS OF TEST TEMPERATURE AND STRAIN RATE ON THE MECHANICAL PROPERTIES IN AN INTERCRITICALLY HEAT-TREATED BAINITE-TRANSFORMED STEEL

1.IntroductionThe demand for high strength steels with excellent ductility has increased in the automotive indus-try in order to improve manufacturing and safety and to reduce weight. High strength transforma-tion-induced plasticity (TRIP) steel sheets have received increased attention, as they have both high strength and ductility due to the martensitic transformation of retained austenite during plastic defor-mation.Transformation-induced plasticity was the phenomenon first found in steel …     

钻铤断裂失效分析

对钻铤断裂原因进行了断口分析、金相检验和力学性能试验。结果表明，钻铤内侧存在大尺寸初始裂纹是导致钻铤使用中断裂的原因，初始裂纹区属退火状态组织的解理断口，断面有严重的氧化和脱碳，属于前处理过程的应力裂纹。工件内表面存在刀痕等机加工缺陷，造成应力集中促进了裂纹的形式。