Al-4%Cu多晶合金中锯齿形屈服现象的初步时序分析

对Al-4％Cu合金试样拉伸实验的锯齿形应力曲线进行了系统的统计分析,研究了锯齿应力跌幅、跌落时间以及再加载时间等特征物理量随应变、试样厚度和加载应变率的时序演化规律．结果表明,跌落时间对应变不敏感;1和2mm厚试样的平均应力跌幅和平均再加载时间均随应变线性增加,3mm厚试样的统计结果比较复杂．展示了PLC效应中自组织临界性存在的证据,并通过与经典沙堆模型的对比,结合动态应变时效原理和位错理论,解释了PLC变形带形成的非线性机制．     

Al-Cu合金中PLC剪切带成核过程三维变形的实验研究

利用高速(1000Hz)数字摄像系统．对Al-Cu合金拉伸试件中跳跃式不连续传播的B类型PLC带的瞬态成核与演化过程进行连续捕捉．运用数字散斑干涉法(DSPI,digital speckle pattern interferometry)得到PLC带成核和传播过程中由试件面内和离面位移条纹图表现的B类型带的成核和传播的三维变形过程．实验结果显示了B类型PLC带的一种演化形式,即带首先在试件的一侧成核产生并沿厚度方向发生剪切变形,在观察平面上形成沿与拉伸轴方向呈53°角的窄带．随着应力下落,带的前沿开始向试件的另一侧面沿自身长度方向传播,在传播过程中带逐渐沿自身宽度方向膨胀．带的前沿贯穿试件后,带开始高速膨胀,导致雪崩式剪切变形发生．根据离面位移结果得到相邻发生的B型带之间的跳跃传播间距,即在带的传播方向上,后一条带产生在前一条的前沿,跳跃式传播过程中相邻两条带的中心线间距为带宽的一半．     

溶质浓度对Al-Cu合金中PLC效应的影响

在不同温度下对Al-Cu合金试件进行固溶处理,以改变溶质原子在固溶体中的浓度及析出相在合金中的含量．对所得到的Al—Cu合金试件进行常应变率拉伸实验,观察其应力一时间关系曲线．由拉伸实验现象分析溶质原子及析出相对位错运动的影响,从而探究Portevin-Le Chatelier（PLC）效应产生的微观机制．结果表明,当固溶处理温度由500℃逐步降低,应力-时间曲线上的锯齿幅值逐渐减小,并在300℃时达到最小值;继续降低固溶处理温度至100℃,锯齿幅值又逐渐增大．固溶处理温度高于300℃时,溶质原子对PLC效应的影响强于析出相的影响而起主要作用;反之,固溶处理温度低于300℃时,析出相对PLC效应的影响强于溶质原子的影响而起主要作用．     

45钢在应变循环与棘轮变形下的随动硬化演化实验研究

对调质处理的45碳钢进行了不同应变幅值的对称应变和具有平均应变控制下的屈服面半径和背应力演化分析,及具有不同平均应力的低应力、较高应力幅值控制下的屈服面半径和背应力演化分析．研究表明：屈服面半径在给定应变幅值下随循环周次的增加而变小,且随循环塑性应变幅值增大而减小,在单调加载时增大;循环背应力幅值随单调应变而减小,随循环塑性应变幅值增大而增大．     

自然时效对6061铝合金锯齿形屈服的影响

对固溶处理淬火后自然时效时间不同的6061铝合金在室温下进行恒定应变率的拉伸试验,研究了自然时效对锯齿形屈服效应(Portevin-Le Chatelier,PLC)的影响。实验发现,材料强度、锯齿周期和临界应变三者在自然时效0~1 h期间均无明显变化,在自然时效超过1 h以后随自然时效时间延长而增大;锯齿幅值在自然时效0~2 h期间随自然时效时间延长而减小,在自然时效超过2 h后趋于稳定值。自然时效过程中,强化效果明显的β'相在自然时效时间1~2h之间开始形成并随自然时效时间线性增加。结合动态应变时效模型的分析结果与实验相符合,揭示了有强化效果的析出相对PLC效应的作用机制:具有强化效果的析出相含量增多将缩短可动位错的等待时间,使得可动位错更难被钉扎,从而导致锯齿周期和临界应变增大。分析结果还表明,该合金中溶质原子主要以体扩散方式向可动位错聚集从而实现对可动位错钉扎。     

Al-Cu合金中PLC效应时域和空域行为的实验研究

在不同拉伸应变速率下,得到了Al-Cu合金中PLC(Portevin-Le Chatelier)效应在时域上的三类“锯齿形”应力一时间曲线,比较并研究了三种曲线的异同及其产生的定性解释．与之相对应,观察并分析了PLC效应空域上三种类型PLC变形带的空间传播特性．针对3mm厚的试件,探讨了在不同拉伸应变率下,类型A和B的PLC变形带的传播速率随变形过程的演化;得到了在相同应变下,变形带的传播速率和加载应变速率之间的幂律关系．同时,还将时域上的“锯齿形”应力一时间曲线与空域上的带的传播位置时间曲线相对应,得到了PLC效应发生时宏观上时域和空域之间的关系、另外,还讨论了试件厚度对PLC变形带的空间相关性的影响．     

不同应变幅下高锰钢的低周疲劳性能研究

对铸态高锰钢(120Mn13)进行了常温拉伸及低周疲劳试验,研究了试样在拉伸变形中的动态应变时效,在拉压疲劳变形过程中的循环应力应变行为、循环硬化软化行为及裂纹扩展行为等。结果表明：在拉伸曲线中发现了代表动态应变时效作用的峰状低频A型锯齿和波纹状高频B型锯齿。在不同应变幅下的低周疲劳实验中,试样均先循环硬化,后循环软化直至断裂。随着应变幅的增加,其最大循环拉应力逐渐增加,疲劳寿命却降低。高应变幅下的裂纹多沿晶界扩展,但裂纹偏转次数及二次裂纹数量增多,这是其寿命较低应变幅下相差较小的主要原因。     

钛合金带热沉钨极氩弧焊中热沉作用

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了钛合金TC4薄板常规及带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中温度及应力应变的分布,考察了热沉对温度场和应力应变场的影响规律,探讨了使用该技术实现应力和变形控制的机理.结果表明:带热沉的钨极氩弧焊焊接过程中,紧随热源之后热沉急冷作用使得试件形成马鞍形温度场,而热沉作用部位温度最低.热沉作用部位的急冷收缩对周围金属产生拉伸作用,使得焊缝及近缝区金属升温过程中产生的压缩塑性应变减小,冷却过程中产生的拉伸塑性应变增大,接头中不协调应变减小,残余应力降低.实验测量与有限元模拟结果吻合良好,证实了采用热沉控制应力与变形的有效性和有限元模型的正确性.     

板料变形三维数字散斑应变测量分析系统研究

针对板料变形中应变检测的常规方法和传统方法存在的不足,通过数字散斑相关方法、计算机双目视觉理论和材料力学理论分析了试件表面变形前后的散斑图像,来动态跟踪试件表面上几何点的运动并得到三维位移场,在此基础上计算得到试件的三维应变场.基于此原理开发了XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统.应用带孔铝质制件进行了单向拉伸实验.测量结果表明,该系统能较好的反映板料变形过程中的三维应变状态,较好的测量试件表面的三维轮廓,直观再现工件表面的变形场、应变场和成形极限图(FLD),对于需要测量的关键点可以实现重点跟踪,动态测量出该点在任意时刻任意位移的应变.该系统可以应用到不同的力学测量现场.     

时效对Al-Cu合金中锯齿形流动的影响

研究了不同热处理条件下,时效对Al-Cu合金中锯齿形流动的影响．实验发现,随着自然时效时间的延长,PLC（Portevin—Le Chatelier）效应出现的时间推迟．随着时效的进一步强化（自然时效24h,或在353K下保温20min的人工时效）,应力-时间曲线上锯齿幅值减小,出现的频率迅速降低,直至消失．同时,还研究了变形和时效相耦合对锯齿形应力流动的影响．针对所得的实验结果,肯定了基于可动位错和障碍之间的相互作用的动态应变时效微观机制假设,并探讨了出现锯齿形应力流动而无PLC变形带产生的现象．     

DC05同材同厚拼焊板焊缝组织与力学性能

焊缝对同材同厚拼焊板成形的影响远大于母材强度或厚度差异的拼焊板.焊缝的力学性能是评价同材同厚拼焊板成形性及有限元仿真的关键.文中在"混合法"的基础上,通过微观组织观测与微硬度测试,结合数字影像相关技术,获得了拼焊板单向拉伸实时的全场应变场,解析计算出了焊缝的真实应力-应变关系曲线.将此曲线与小尺寸试件单向拉伸试验曲线对比分析后发现,曲线在前期稳定变形阶段是吻合的,在屈服阶段和颈缩阶段的差异是由于标准试件中母材对焊缝变形的限制作用,阻止焊缝过早颈缩.结果表明,焊缝的应变路径(应变比为-0.63)已经偏离单向拉伸状态(应变比为-0.50),纯焊缝试件则无此限制作用.计算所得曲线才是包含母材焊缝的真实应力应变曲线.     

基于电子散斑干涉技术的压力容器无损检测

针对含有内部狭长形缺陷的球形薄壁压力容器,采用电子散斑干涉技术测试了容器表面的位移场,分析了其应变和应力场。测试结果表明,内压0.65MPa时离面位移等值线呈“花生”状,缺陷对应表面处变形产生局部凹陷,第一主应变和主应力场有明显的狭长形低值带,该低值带能反映内部缺陷的位置和形状。给出了基于板壳理论的力学分析模型,分析表明,缺陷处壳体厚度改变产生的弯矩是导致应力和应变量在缺陷处迅速降低的主要原因。     

[12]Cu-7Al单晶体循环形变行为──Ⅰ.应变突发行为

对[　12]Cu-7Al(原子分数,％）单晶体在循环形变中的应变突发现象进行了研究结果发现：在塑性应变幅γP1＝22×10-4和γP1≥2.2×10－3的条件下,表现出循环形变稳定性,循环应力随循环数增加无波动;但在γP1＝4．4×104-1．1×10-3的范围内,出现循环应力波动,发生了应变突发.在相同应变幅下,应变突发频率随循环数的增加而减小,随应变幅的增大而增大;应变突发时应力降低值D随应变幅的增大而减小,分析了试样在2．5×10－3塑性应变幅作用下表面滑移形貌的演化     

Ni-1C二元合金宏观不均匀塑性变形与断裂行为研究

研究了Ni-1C二元合金宏观不均匀塑性变形与断裂行为。通过对拉伸应力-时间和位移-时间曲线测量,分析了Ni-1C合金波特文-勒夏特利埃(Portevin-Le-Chatelier,PLC)效应锯齿波形和应力跌幅分布特征,利用三维数字图像相关法研究PLC变形带的形核增殖、时空演化以及断裂过程中裂纹的形成和扩展。结果表明,在3mm/min拉伸速率下,Ni-1C合金PLC效应表现为A型锯齿波,应力跌幅呈现幂率分布;PLC变形带在试样的夹头或标距段形核,向试样一侧连续增殖传播;裂纹萌生于试样标距段,逐渐扩展,导致韧性断裂,同时裂纹的萌生及扩展与PLC变形带之间没有关联。     

AZ91D变形镁合金的动态应变时效现象

在应变速率为1.11×10-4～1.67×10-3s-1、温度为248～523K的条件下,对固溶态AZ91D变形镁合金进行拉伸试验。结果表明:在一定的拉伸应变速率和温度区间拉伸时,AZ91D镁合金在形变过程中发生动态应变时效(DSA)现象,其典型特征表现为其拉伸曲线出现锯齿波,所对应的锯齿波类型分别呈A型及A+B混合型;应变速率敏感性系数为负值;且出现加工硬化速率峰值;出现锯齿屈服的临界应变量随变形温度升高而减小,而随应变速率增加而增大;当形变温度大于323K时,加工硬化速率随着温度升高反而急剧增大,在368K时达到峰值。     

一种奥氏体铁镍基合金中的锯齿流变现象

采用3种应变速率在不同温度下对一种奥氏体铁镍基合金进行拉伸实验,结果发现在300—700℃范围内发生锯齿流变现象;锯齿流变现象在300—600℃范围内表现为凸起式锯齿,而在700℃时表现为下凹式锯齿;此锯齿流变具有热激活性,即较高的拉伸温度使锯齿易于发生,较大的拉伸速率则抑制其发生.对比分析室温(不发生锯齿流变)及400℃(显著发生锯齿流变)拉伸试样的微观组织,发现在400℃拉伸后的孪晶界上存在明显的位错塞积,说明孪晶界可以有效地阻碍滑移变形,引起孪晶界附近应力积累,从而导致了凸起式锯齿流变的发生.孪晶界数量对锯齿波形的影响证实了此观点.     

基于厚度变化的杯形件拉延凹模圆角成形模拟

在模拟软件中,建立带压边圈的杯形件拉延模具模型,设杯形件材料为弹塑体本构模型,考虑厚度的应力、应变变化,通过数值模拟拉延成形,在不同压下位移时,求得凹模圆角处及附近的板料厚度截面等效应变、等效应力以及厚度变化值的分布;在此基础上,对压下位移不同阶段的凹模圆角成形区及附近区域的应力、应变值进行分析.其数值分别沿凹模圆角由外径向内径方向数值增大;另外得出在不同位置厚度发生变化曲线.总之,研究厚度方向的成形状态变化的方法,对揭示板料成形时凹模圆角厚度变化的机理具有一定理论和工程实用意义.     

2024铝合金中沉淀相对PLC效应的影响

对2024铝合金进行不同温度下的热处理, 得到了一系列具有不同溶质原子浓度的基体及析出相含量的铝合金试样. 将这些试样分别在低温(-100 ℃)和室温(25 ℃)下进行拉伸实验, 分析其锯齿幅值和临界应变随应变率的变化趋势. 结果表明, 溶质原子是 Portevin--Le Chatelier (PLC)效应的必要因素, 单纯的位错切割沉淀相不足以产生PLC效应, 只能影响PLC效应, 并且沉淀相对PLC效应的影响在中等拉伸应变率时表现明显.     

颗粒增强金属基复合材料的断裂应变

研究了应力三轴度、温度、应变速率对颗粒增强金属基复合材料(PRMMCs)断裂应变的影响.结果显示,高温下PRMMCs的断裂应变对应力三轴度非常敏感,断裂应变和应力三轴度的指数函数exp(1.5?σm/)成反比关系.高温断裂应变值随应变速率的增加呈抛物线形式下降,而随温度的降低呈线性减小.断口分析显示,高温变形时,材料韧窝的直径随应力三轴度的增大而减小;室温拉伸应力三轴度与韧窝的大小无关.     

钴基非晶合金薄带应力阻抗效应的研究

通以高频交变电流的钴基非晶带在弯曲时，由于受到应力作用而具有显著的应力阻抗效应，实验中所用的材料是经过适当脉冲电流退火的钴基非晶合金薄带Co66.3Fe3.7Si12B18。研究了阻抗变化率随非晶带弯曲程度的变化关系以及交流电流幅值和频率对非晶带应力阻抗效应的影响。实验结果表明，在弹性体末端位移为正方向时，非晶带具有负的阻抗变化率，而位移方向为负时，具有正的阻抗变化率，且都随位移的增加而增大。在位移一定的情况下，阻抗变化率随着频率的增加先增大后减小，随电流大小的变化关系也具有这种趋势。