LZ50车轴钢高温拉伸变形行为及塑性损伤形成机理

为探究LZ50车轴钢的高温拉伸变形行为及塑性损伤形成机理,设计了不同的拉伸试件,在900～1100℃/0.1～10.0 s^-1的变形条件下进行了一系列高温拉伸试验,获得了LZ50车轴钢高温拉伸真应力-真应变数据,观察了拉断试件的损伤形貌。结果表明,LZ50车轴钢高温拉伸的峰值应力表现出对应变速率和应力三轴度的正敏感性以及对温度的负敏感性。应变速率为0.1和1.0 s^-1时,断裂应变随温度的升高先增大后降低,应变速率为10.0 s^-1时,断裂应变随温度的增加持续增加。应力三轴度增加44%时,断裂应变均值从0.3353降至0.1522,降幅达54.59%。LZ50车轴钢高温拉伸塑性损伤表现为夹杂损伤和晶界损伤两种,考虑夹杂损伤的位置,塑性损伤又可分为晶内夹杂损伤、晶界夹杂损伤和混合损伤。高温拉伸断口分为韧窝型断口和脆性解理型断口,其中RB6-1000℃-0.1 s^-1试样为脆性解理断裂。轧制LZ50车轴钢最佳的工艺参数为：RB6-1000℃-1.0 s^-1,为避免损伤的影响,应降低...     

EA4T车轴钢脉冲电流加热带状组织的消除

针对国产EA4T车轴钢存在的带状组织问题,采用脉冲电流加热方法对EA4T车轴钢试样进行试验,并按照热模拟整轴心部冷却曲线进行冷却。结果表明,通过电炉加热和脉冲电流加热的复合处理,可部分消除带状组织,先共析铁素体量明显减少,块尺寸细化,组织均匀性显著提高。     

大截面EA4T车轴钢回火工艺对组织和性能的影响

通过对国外EA4T车轴钢产品分析及大轴淬火过程模拟,CCT曲线测定,对国产大截面EA4T车轴钢回火热处理工艺进行研究,制定出恰当的回火工艺((910±10)℃淬火、(650±10)℃回火)。通过该热处理工艺实施,国产化EA4T车轴钢力学性能和组织均符合国际先进的车轴标准(EN13261)对材料的要求。     

回火温度对EA4T车轴钢显微组织及力学性能的影响

采用不同的回火温度(500、550、600和650 ℃)对EA4T车轴用钢进行调质热处理,使用OM、SEM、拉伸试验及冲击试验等测试分析了材料的显微组织和力学性能,研究了回火温度对EA4T钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,随着回火温度的升高,回火组织转变为回火索氏体,EA4T钢强度有所降低,韧性及塑性提高。当回火温度升高至600 ℃以上时,EA4T钢的冲击断口形貌呈韧窝状。回火处理后,EA4T钢抗拉强度与硬度的经验公式为:R_m=2.9477V+45.59。     

激光淬火对高速动车组EA4T车轴钢组织和性能的影响

为提高EA4T车轴钢的表面硬度和耐磨性能,采用激光淬火对调质态车轴进行表面改性。利用扫描电镜、显微硬度计、纳米压痕仪等对激光淬火层的微观组织、相变层深度和硬度进行了详细的表征。结果表明:EA4T车轴钢表面经过不同工艺激光淬火后,相变层内的淬火组织主要由细小的板条马氏体和粒状贝氏体组成,其深度根据工艺不同从100 μm到800 μm不等,并呈现随淬火功率的增加和扫描速度减小,相变层深度逐渐增加的趋势。淬火相变层区域内,车轴钢的显微硬度基本保持在450 HV0.2左右,约为基体硬度的2倍,耐磨性显著提高。由于淬火道次之间搭接的原因,淬火层呈现波形分布,其中波谷马氏体含量高于波峰位置,因此其硬度明显高于波峰处。     

40CrNiMo钢高温拉伸变形行为和组织演变规律

采用光滑和缺口拉伸试样进行不同温度(950、1050和1150 ℃)和不同应变速率(0.5、1.0和5.0 s^-1)的高温拉伸试验,研究了40CrNiMo钢在高温拉伸时的力学性能变化、微观组织演变以及塑性损伤形成机理,分析了不同应力三轴度对高温塑性损伤的影响。结果表明,提高变形温度或降低应变速率会降低峰值应力;应变速率从0.5 s^-1增大至5 s^-1,晶粒大小不均匀程度增加,材料更容易产生塑性损伤;变形温度从950 ℃提高到1150 ℃,晶粒尺寸增大近3倍;损伤经历形核、长大并形成微裂纹3个步骤,应力三轴度与缺口半径成负相关关系,应力三轴度的增大会加剧塑性损伤的发生,使得拉伸试件的断裂应变值降低。在车轴实际轧制过程中,在保证一定生产效率的前提下,可以通过尽可能减小楔横轧模具的成形角,并适当增大展宽角的方法,来降低材料塑性变形时内部各处的动态应力三轴度值,降低损伤发生的概率。     

EA4T钢热变形行为及组织演变规律研究

通过Gleeble-3200热模拟机对EA4T钢进行热压缩实验,研究了应变速率为0.01~10 s~(-1),变形温度为950~1150℃条件下,EA4T钢的热变形行为和组织演变。分析其流变曲线发现,EA4T钢的峰值应力随着温度增大而减小,随着应变速率增大而增大,得到该材料在高的温度和低的应变速率条件下容易发生动态再结晶。基于Arrhenius双曲正弦方程建立了EA4T钢的热变形本构方程;运用数值计算方法,确定了EA4T钢的峰值激活能和稳态激活能分别为385.4和395.4 kJ·mol~(-1);观察温度以及应变速率对试验钢组织演变的影响发现,动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的增加而增大,随着应变速率的增加而减小;通过测量晶粒度,获得动态再结晶晶粒尺寸和Z参数的关系式。     

EA4T钢消除带状组织和细化晶粒的新工艺探索

为了解决EA4T钢存在的带状组织和组织不均匀问题,设计了新的热处理工艺.实验结果表明,经新的热处理工艺处理后,材料中的部分带状组织消除,奥氏体晶粒细化,组织均匀性明显改善,综合力学性能显著提高.     

Ti6242S钛合金不同组织的高温拉伸性能及组织演变

为充分发挥Ti6242S钛合金材料的优异性能,采用光学显微镜、扫描电镜、高温拉伸试验对等轴组织、双态组织Ⅰ和双态组织Ⅱ3 种不同组织的Ti6242S钛合金高温拉伸性能及组织演变进行研究.结果表明:在高温拉伸过程中,3种组织中等轴α相都发生明显伸长,其中等轴组织中的等轴α相伸长量更高;由于等轴α相有利于协调塑性变形,等轴组织的塑性和抵抗均匀塑性变形能力最佳.片状α相和针状α相的存在都会产生界面强化从而使得材料强度升高,由于针状α相比片状α相对材料强度的提高作用更大,所以双态组织Ⅱ的强度最佳;双态组织Ⅱ中交错排列成网篮状的次生α相会促进韧窝的形成并减少撕裂棱的数量,使得双态组织Ⅱ的塑性和断裂韧性都优于双态组织Ⅰ.     

过盈量和套管长度对EA4T车轴钢微动疲劳行为的影响及其微动疲劳极限的预测

高铁EA4T钢车轴与轮毂配合边缘部位微量的相对滑动往往导致该位置发生微动磨损,严重损害了车轴的疲劳性能和列车安全性。采用轴/套管试样模拟车轴/轮毂结构,研究了过盈量(0.01、0.02和0.03 mm)和套管长度(10 mm和15 mm)对EA4T钢室温微动疲劳性能的影响规律,应用有限元计算了轴/套接触区的压应力分布,提出了基于车轴/套管过盈配合处摩擦力的微动疲劳极限的预测公式。结果表明：随着过盈量增加或套管长度减小,轴与套管接触区边缘处的径向压应力和轴向摩擦力增加,EA4T钢的疲劳极限下降了17.1%～28.6%;接触区边缘产生氧化铁磨屑,促进疲劳裂纹多源萌生。微动疲劳极限的预测公式为σ_1WF=σ_-1-αμP。     

TC4钛合金型材高温拉伸变形组织

对热轧退火态TC4钛合金型材进行了不同变形条件下的高温拉伸试验,采用金相显微镜进行微观组织观察,研究了变形温度、拉伸速率对TC4钛合金组织演变的影响。结果表明,当拉伸速率不变时,随着变形温度升高,组织中的片状α相最先开始向等轴α相转变。随着温度的进一步升高,晶界被打碎,晶界α相也开始发生等轴化,组织由魏氏组织转化为等轴组织;当变形温度恒定时,拉伸速率越低,组织中片状α相和晶界α相的细化程度和等轴化程度越高,并且由魏氏组织向等轴组织转变。     

基于DIC方法的TC4钛合金高温拉伸试验

通过搭建基于DIC方法的高温拉伸试验系统,结合材料力学测试技术,开展了TC4钛合金高温拉伸试验,获得了TC4钛合金在23、100、200、250、300和350℃下的拉伸性能和应力-应变曲线等数据.结果表明:TC4钛合金的抗拉强度、条件屈服强度和弹性模量随着试验温度的升高而不断降低,350℃时其保持率分别为68.9％、...     

基于GA-Arrhenius本构模型的EA4T钢高温变形行为北大核心CSCD

通过Gleeble-3800热模拟实验机,对EA4T车轴钢分别在变形温度为970、1070和1170℃及应变速率为0.01、0.1和1.0 s的条件下进行热压缩实验,压缩至最大真应变为0.8。以得到的真应力-真应变实验数据为基础,分别建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型和经过遗传算法优化后的Arrhenius本构模型(GA-Arrhenius),用于预测真应力与真应变的关系。为了验证GA-Arrhenius本构模型在真应力预测中的优越性,使用相关系数R、平均绝对误差AARE和均方根误差RMSE来说明其预测精度。实验结果表明:采用Arrhenius本构模型时,R=0.9970、AARE=3.4232%、RMSE=2.8773 MPa;采用GA-Arrhenius本构模型时,R=0.9982、AARE=2.6577%、RMSE=2.2110 MPa。说明相较Arrhenius本构模型,GA-Arrhenius本构模型能够更好地预测EA4T钢热成形过程中的真应力与真应变的关系,可以实现更高精度的有限元数值模拟。     

喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为,并分析表面影响层性能,尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理,对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析,然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程,并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比,MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力,同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能,CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系,这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下,CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快,当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后,剩余的残余压应力高于初始值的80%时,疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面,喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比,MSP可以引入更优的表面影响层,在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程,从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外,残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。     

Ni-Cr-W系高温合金组织及高温拉伸变形行为的研究

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和高温拉伸试验机系统地研究了固溶强化Ni-Cr-W系变形高温合金组织形貌及200~900 ℃范围合金的拉伸变形行为。结果表明,固溶强化Ni-Cr-W系高温合金由奥氏体基体和M6C组成,组织中存在大量的堆垛层错。在650 ℃以下随温度的升高合金的抗拉强度和屈服强度缓慢减小,在650 ℃以上合金的抗拉强度迅速减小,屈服强度基本不变;在650 ℃以下延伸率和断面收缩率变化较小,在650 ℃以上则迅速增大。形变孪晶是导致在400~700 ℃范围内出现锯齿状应力-应变曲线的主要因素。合金断裂方式为韧性韧窝断裂,裂纹主要在γ/M6C结合界面处产生     

新型含Ru单晶高温合金的拉伸性能及变形机理

研究了一种新型含Ru高代次单晶高温合金(DD476)室温至1200℃的拉伸性能,并对拉伸断口及其附近的微观组织演变进行分析。结果表明：该合金经过完全热处理后的γ'相趋于立方状,枝晶干与枝晶间γ'相尺寸分别为225和330 nm,且元素偏析得到大幅改善,仅Re和W仍存在部分偏析;随变形温度的升高,屈服强度、极限抗拉强度先升高后降低,而伸长率和断面收缩率表现出相反的现象,拉伸断口特征由类解理断裂趋转变为以韧窝为主的韧性断裂。室温拉伸时,合金的滑移系开动较少,呈单系滑移状态。拉伸温度升高到760和980℃时,更多滑移系被激活而产生交滑移。随着拉伸温度的升高,断口附近位错由绕过γ'相逐渐转变为切过γ'相,而且在980℃变形时开始产生γ'相筏化,温度升高致使位错促进γ'相筏化。当温度达到1200℃时,位错基本消失,同时γ基体通道内析出细小的二次γ'相。     

25Cr2Ni4MoV高温拉伸性能研究

利用电子拉伸试验机对25Cr2Ni4MoV在25℃至600℃区间开展了拉伸试验,获得了不同温度下合金的力学性能,分析了拉伸温度对其组织与性能的影响,并使用扫描电镜观察了断口形貌。结果表明：随温度升高,合金的屈服强度和抗拉强度不断降低,超过400℃时,下降幅度显著增加,此时裂纹更易在夹杂物位置处起裂。不同拉伸温度下,合金断口均为韧性断裂特征,断口表面分布有韧窝和孔洞,断裂机理为微孔聚集型韧性断裂。     

高速动车组EA4T车轴激光增材修复研究

为验证激光增材修复技术在高速动车组车轴损伤修复应用中的可行性,在车轴基材上开展了激光修复工艺试验,重点研究激光功率和扫描速度对熔覆质量的影响,通过分析研究不同激光功率、扫描速度下所得试样的宏观熔覆形貌、宏观金相分析、显微硬度、金相组织等,筛选出较优的工艺参数,并进一步对熔覆试样的拉伸性能、冲击性能、应力腐蚀及疲劳试验等多项力学性能检测。结果表明,采用优化后的工艺参数在EA4T上激光熔覆IN625镍基粉末,其熔覆试样拉伸性能优于母材标准要求,冲击性能优于基材的冲击性能,疲劳寿命与基材相当,达到了车轴服役性能的要求,可用于后续高速动车组EA4T车轴上的修复。     

第三代单晶高温合金室温原位拉伸变形及断裂机理

采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射和透射电子显微镜对一种第三代单晶高温合金在室温原位拉伸过程中的变形和断裂进行了多尺度研究,揭示了拉伸过程中的变形和断裂机制。在拉伸过程中,角度为2.5°~5.5°的小角度晶界(LAB)的比例增加,并且LAB的增加在伸长率超过7%之后尤其明显。微裂纹的萌生是由{111}<110>滑移系引起的,微裂纹萌生后,沿应力方向的尺寸增加,而沿滑移系方向的尺寸扩展受到抑制。合金为类解理断裂,断口附近的滑移线并不明显。     

Ti60高温钛合金的超塑性拉伸行为及组织演变

通过高温拉伸试验研究了Ti60合金在940~1000℃、6.7×10-5~3.3×10-2s-1应变速率条件下的超塑性变形行为及组织演化规律。结果表明:Ti60合金具有较宽的超塑性变形温度及应变速率范围,在上述所有实验条件下都具有超塑性,伸长率220%~527%。最佳超塑性拉伸变形条件为980℃、3.3×10-4s-1,在此条件下,该合金伸长率达到最大值527%。在超塑性拉伸过程中,有晶界滑动、晶内变形、动态再结晶及扩散蠕变等过程发生,试样变形区由于发生动态再结晶,原始条状初生α相明显等轴化。