材料三维残余应力测量的新方法

提出了一种新的材料残余应力的测量方法。该方法的测量原理是由材料加工后相对体积变化定量的测量,得到其残余应力的定量结果。由此,材料的残余应力将造成体积变化,此体积变化可以由比容的精确测量得到。基于弹性虎克定律从原理上推导了体积变化得出了残余应力的计算公式。在此基础上,应用该新方法对一种Al-Cu合金的残余应力状态进行了定量测量及表征,结果表明:结合传统的表面应力测量方法,再由应力应变关系的弹性虎克定律,可得出材料三维残余应力。该新方法可用于材料三维残余应力的精确测量,为残余应力的研究提供了一种新的精确且定量的分析测量方法。     

不锈钢／铝（铝合金）不不锈钢多层复合板残余应应力研究

采用取条法和化学浸蚀法相结合对不锈钢／铝（铝合金）／不锈钢多层复合板的残余应力值进行了测量，结果表明外层不锈钢受到长度和宽度方面的残余应拉应力作用，随着轧制复合变形量的增加，多层复合板的残余应力值会逐渐增大，此外还通过热－力耦合的弹塑性有限元法对不锈钢／铝（铝合金）／不锈钢多层复合板的残余应力场进行了模拟仿真，并将模拟结果与试验测量进行了分析和对比。     

2024铝合金相变的体积分析方法及应用

以一种新的材料相变体积定量测量的方法,即比容差法,对2024铝合金热处理过程进行了测量与分析。结果表明:该方法对铝合金的固溶及时效热处理工艺的相转变,都可精确测量与分析。用其他测量方法验证结果表明:该方法精确,两者的误差在15%以内。在此基础上,以一个具体实例,应用比容差法对铝合金淬透性进行了测量研究。比容差法得到淬透层深度为49 mm,而硬度法得到2024铝合金的淬透层深度为45 mm,两者基本相同,相对差值约9%。由此可见,比容差法可用于铝合金不同冷速的固溶热处理工艺研究,这就为其热处理相变提供了一种新的精确且定量的分析测量方法。     

深孔法残余应力测量技术研究

深孔法可测量材料沿厚度方向的残余应力,这是其优于其他应力测试方法最重要的特征。介绍了该方法的测试原理及步骤,采用三点弯曲试验预制残余应力,研究了深孔法残余应力测试技术,通过对比理论残余应力和实测残余应力验证了测试方法的准确性。结果表明:弯曲试样残余应力的理论值和测量值能很好吻合;但是在靠近试样表面处由于测量设备的限制及孔的边缘效应会产生一定误差。     

电弧增材制造钛合金界面处残余应力及其影响研究

采用电弧增材制造方法制备了含增材/基材界面钛合金板,采用轮廓法测量了其残余应力分布。建立了模拟紧凑拉伸(C(T))试样加工和裂纹扩展过程中残余应力发展的有限元模型,缺口状态C(T)试样内残余应力分布与轮廓法测试结果吻合良好。采用该模型讨论了试样内残余应力随裂纹扩展的变化规律及对裂纹扩展的影响。试验和数值分析结果表明:2种类型试样缺口状态的残余应力分布有很大差别,A类试样(缺口位于基材)残余压应力区域靠近缺口根部,C类试样(缺口位于增材)残余压应力区域远离缺口根部;A类试样内残余应力随裂纹扩展迅速释放,残余应力引起的应力强度因子较小;C类试样内残余应力随裂纹扩展变化较小,残余应力引起的应力强度因子较高,降低了疲劳裂纹扩展寿命。     

对复合板和复合薄板的非对称轧制的模拟

本文论述了近几年来波兰Czestochowa工业大学和Krakow矿冶大学关于复合板和复合薄板的轧制技术的发展。用于复合板的非对称轧制的刚塑性有限元模型已经导出,而且完成了在各种轧制参数和各种边界条件下的计算。对短试样和长板的轧制是这样考虑的:假定材料不仅在轧制道次后为自由运动,而且在使用导板时为约束运动。将理论结果与在实验室条件下进行的复合试样在轧制中获得的实验数据进行比较,从而得出了在复合板生产中采用非对称轧制的一些结论。     

热处理工艺对爆炸焊接TA1/Q345 R复合板 残余应力分布影响

为研究热处理工艺对爆炸焊接TA1/Q345R复合板残余应力的分布状态的影响,采用爆炸焊接的方法试验制备了钛复层为4 mm的TA1/Q345R复合板试板,并使用钻孔法测量了不同热处理温度试板(热处理制度为:分别随炉升温至480℃/540℃/620℃/700℃,保温2. 5 h,随炉冷却)复层残余应力的分布。试验表明:热处理后TA1/Q345R复合板钛复层残余应力由爆炸态的拉应力状态转变为压应力状态,随着热处理温度提高TA1/Q345R复合板钛复层内残余压应力增大,但是620℃以上热处理,复合板钛复层0～2 mm内残余应力向压应力转变继续增大趋势不明显。     

强织构铝合金残余应力检测技术研究

在铝合金轧板的残余应力研究中,由于其强烈的轧制织构,无法使用常规的X射线sin2 ψ法进行残余应力分析。以2A97铝锂合金轧制板材为研究对象,使用X射线衍射法测量材料的取向分布函数,结合Ruess、Voigt、Neerfeld-Hill模型,从理论上计算不同假设条件下材料的宏观弹性常数,得到材料表面的宏观残余应力。实验结合盲孔法进行对比验证,结果表明Neerfeld-Hill模型的残余应力分析结果与盲孔法所测结果相互吻合,建立织构材料的宏观残余应力分析方法。     

2024铝合金相变的体积分析新方法及其应用

以一种新的材料相变体积定量测量的方法,即比容差法,对2024铝合金热处理过程进行了测量与分析。结果表明：该方法对铝合金的固溶及时效热处理工艺的相转变,都可精确测量与分析。文中对该新方法进行了其他测量方法的定量验证,结果表明：该方法精确,两者的误差在15%以内。在此基础上,以一个具体实例,应用比容差法对铝合金淬透性进行了测量研究。比容差法得到淬透层深度为49 mm,而硬度法得到2024铝合金的淬透层深度为45 mm,两者基本相同,相对差值约9%。由此可见,比容差法可用于铝合金不同冷速的固溶热处理工艺研究,这就为其热处理相变提供了一种新的精确且定量的分析测量方法。     

铝合金析出相对超声波残余应力测试精度的影响

为研究析出相对超声测量残余应力的影响,在200℃下将7xxx母材分别保温2 h、4 h、6 h、8 h后制备试验试样。分别对试样的应力常数K、超声波在零应力介质中的传播时间t_0、超声衰减3个指标进行测试,分析铝合金的析出相对2个计算参数K、t_0及超声衰减的具体影响。分析发现,在析出相含量有明显差距的4组试样中,其K、t_0、超声衰减均没有明显变化,说明7xxx铝合金材料的析出相对超声波测量残余应力的精确度基本无影响。     

镁铝爆炸复合板界面轧制变形行为的数值模拟

用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA研究了6061Al/AZ31B/6061Al爆炸复合板的界面轧制变形行为。分析了复合板轧制方向和宽度方向的界面节点在不同轧辊转速和相对压下率下最大等效应力和应变的变化规律,并进行了定量比较。模拟结果表明:不同轧制条件下,镁铝复合板界面各节点的最大等效应变值和应力值呈现不同的分布特点。最大轧制力随相对压下率和轧辊转速而变化。在轧辊转速30 r/min、相对压下率20%时,可以获得较好质量的轧制复合板。结果能为镁铝爆炸复合板的轧制工艺提供理论参考。     

TA15钛合金大规格中厚板残余应力的精确测定

通过X射线对TA15钛合金大规格中厚度板材试样的(213)晶面进行扫描,观察其峰形变化,并采用sin2?法进行计算,得到残余应力值。在板材表面的一些位置残余应力出现较大偏差,使得测试结果不可靠。在30o?85o范围内对试样进行衍射扫描的基础上,认为粗晶是造成残余应力测定偏差大的原因,提出加大X射线照射面积的方法,准确测定残余应力。结果表明:TA15钛合金中厚板材热轧制后,表面存在着较大的残余压应力,范围在–250?–450 MPa之间,测量偏差均在±50 MPa以内。进一步分析了TA15钛合金热轧板材残余应力的形成机制,为消除残余应力提供理论基础和试验数据。     

冷轧带钢残余应力及其对板形影响的研究

轧制过程中金属的不均匀变形导致了板带中残余应力的存在,残余应力的不均匀分布又是影响板形的根本原因。文章采用小孔应力释放法,对在不同张力条件下冷轧后带钢的残余应力进行测量;建立了四辊轧制过程弹塑性有限元分析模型,并利用该模型对残余应力的分布进行数值模拟,研究了张力对残余应力分布的影响以及残余应力与板形的关系。该研究对制定与完善板带轧制规程、控制板形质量具有重要意义。     

45钢相变体积分析的新方法及其应用

以一种定量测量材料相转变体积变化的新方法,即"比容差法",对45钢的顶端淬火试验过程进行了测量与分析。结果表明:该方法可以对45钢顶端淬火过程的相转变进行精确测量与分析,并通过理论计算进行了原理上的验证,证实该方法用于分析钢淬火时相转变的可行性。在此基础上,应用比容差法对45钢淬透性进行了测量研究。比容差法得到的淬透层深度为18 mm,而硬度试验得到45钢的淬透层深度为16 mm,两者的相对误差约13%。     

不锈钢复合板轧制成形过程特性研究

利用Gleeble-3800热模拟实验机研究了304不锈钢和Q235低碳钢复合板在变形温度950～1150℃、应变速率0. 01～0. 1 s~(-1)条件下的热变形行为。为了描述高温流动特征,建立了不锈钢复合板的高温流变应力方程。由实验数据可知,流变应力随变形温度和应变速率变化明显,应变速率越大,变形温度越低,流变应力越大。应用Deform-3D有限元软件模拟了热轧不锈钢复合板在轧制过程中的变形特性,并对不同压下率下复合板厚度方向上的应力场、温度场和轧制力的分布规律进行了分析。结果表明:不锈钢复合板的表面应力最大,并由表层向内部逐渐减少;结合界面附近由于塑性功、热传导、热对流等综合因素,使得温度高于表面;通过实验测出的轧制力值与模拟值的变化趋势一致,且误差在15%左右,该模拟结果可为实际的生产提供参考。     

搅拌摩擦焊接头残余应力的试验

搅拌摩擦焊是 90年代出现的一种新型焊接技术 ,特别适用于熔化焊接性差的铝合金等材料。搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力分布具有高应力梯度的特点 ,传统的应变片钻孔法不能满足测量要求。提出了云纹干涉钻孔法测量非均匀分布残余应力的计算公式和试验方法。该方法由云纹干涉法测量钻孔释放的位移条纹 ,通过确定孔边待测区域内三个测量点的条纹值 ,可直接得到该区域内的残余应力。利用该方法测量了铝合金薄板搅拌摩擦焊接头纵向残余应力沿深度和横向的分布 ,其分布规律表现为在搅拌带内为拉应力 ,搅拌带外残余应力的值迅速下降 ,并变为压应力以保持平衡。     

试样尺寸对淬火铝合金厚板残余应力的影响

通过测量从淬火铝合金厚板上取出的一定大小的试样以测量原始铝合金厚板的残余应力值作为一种广泛使用的方法,在层削法、裂纹柔度法、X射线衍射法和中子衍射法中均有应用.以层削法为例,针对由于采用不同尺寸的试样而对7075铝合金厚板残余应力测量结果产生的影响进行了仿真分析和实验研究.结果表明,取样的尺寸对铝合金厚板残余应力的测量结果有重要影响.当试样在长宽方向上的尺寸小于2倍的"特征距离"(等于试样的厚度)时,试样将丧失保持原铝合金厚板真实残余应力的能力.测量结果将严重偏离真实值.基于此,在任何针对淬火铝合金厚板的残余应力测量方法中.当需要使用一定大小的试样对原铝合金厚板残余应力进行测量时,都必须保证试样在长宽方向上的尺寸大于2倍的"特征距离".     

由X射线穿透深度简易测量残余应力

X射线测量应力一般是用特性X射线穿透深度相应的一种加权平均值来评定材料表面的应力.对由压延和磨削加工等产生表层应力梯度的材料,要测量其残余应力分布,用经典的sin~2(?)法评定是困难的.因此,为评定这类应力分布,已提出多种新的测量方法.本研究是根据两种特性X射线对金属的不同穿透深度,无损测量表层残余应力深度方向分布的简易方法.此法可用于测量木材加工用的带形锯钢材(JIS SKS51)在压延加工、热处理及磨削加工后所产生的残余应力.为研究简易法的实用性,也用逐层削薄法精测了深度方向上的残余应力分布的变化.此时,对逐层削薄法测得的量值,根据X射线的穿透深度作了修正.这里对这种方法也同时作一介绍.在理论分析中,假定平板试样呈各向同性,且残余应力只考虑与板厚z方向有关的平面应力状态.2 理论2.1 逐层削薄法与测量衍射角的X射线透过深度的修正方法     

HT250材料应力释放系数值的确定

简述了盲孔法测量残余应力的原理、测试仪器及试样的制备方法,详细介绍了标定试验步骤,通过计算得到HT250材料的应力释放系数,以及A、B值随应力变化的趋势.最后,对标定试验的合理性进行了讨论,同时对弹性模量的取值进行了注释,结果表明:通过分级标定HT250材料的应力释放系数,有效地提高了测量结果的准确性,并拓展了测量范围.     

低功率激光辐照对弯曲成形件表面残余应力的影响

目的 针对航空铝合金构件维修加工后存在残余拉应力,进而影响部件使用寿命的难题,研究一种基于低能量输入激光辐照消减构件表面残余应力的方法.方法 采用激光辐照材料残余应力集中区域,通过激光热作用诱导弹性内能转化为塑性功,从而降低残余应力.为了验证该方法的可行性,对2A12铝合金试样进行四点弯曲加载,通过不均匀塑性变形产生残余应力,再通过激光扫描应力集中区域诱导表面残余应力局部释放.结果 采用X射线衍射法测量表面残余应力的结果表明,激光扫描后,试样表面的残余拉应力完全消除,当激光功率增大到95 W时,残余应力可以消除77％左右.通过理论分析和微观形貌对比,发现材料在激光辐照前后并没有相变.通过分析材料Al(311)晶面X射线衍射峰半高宽的变化,发现激光辐照使材料表面位错密度下降,随着激光功率增大,位错密度下降幅度增大,这也是残余应力降低的原因之一.结论 在不改变材料微观组织的前提下,采用低功率激光辐照可以显著降低材料表面残余应力分布.