7050铝合金时效成形中应力松弛行为与回弹方程

通过自主设计的单向拉伸应力松弛装置研究7050铝合金时效成形过程中的应力松弛行为和回弹方程。结果表明:时效温度范围内7050铝合金的应力松弛曲线表现为典型的对数衰减曲线。该松弛过程可以分为应力快速下降,应力缓慢衰减和应力保持相对恒定3个阶段。随着温度的升高应力松弛极限逐渐降低。由于7050铝合金时效析出与应力松弛中位错蠕变的共同作用引起了松弛过程槛应力现象。通过解析7050铝合金应力松弛行为的特征和松弛曲线的泰勒方程得到该合金在时效温度范围内的应力松弛经验公式,以此获得该合金时效成形过程中的应力松弛方程,并利用该经验公式较好地预测时效成形后试样的回弹率。     

Co对CuNiSi合金应力松弛行为的影响

采用悬臂梁弯曲应力松弛测试方法对CuNiSiCo合金的应力松弛性能进行了测试,利用TEM探究Co对CuNiSi合金应力松弛组织的影响,并建立了应力松弛模型。结果表明,应力松弛过程可动位错密度是降低的经验公式σ*=[K′ln(t+a0)+C]-n的模拟结果,与实验结果基本相符;合金松弛分为2个阶段,第一阶段应力松弛速率较大,由于在应力松弛的初期阶段,可动位错数量很多,位错移动的阻力比较小,位错移动的驱动力比较大;第二阶段,应力松弛速率较小,处于缓慢松弛阶段,这一阶段位错与杂质原子以及位错与第二相粒子发生交互作用,使位错增殖;Co在Cu中的固溶度较小且易于与空位结合,从而抑制了调幅分解形成所需的空位移动,致使含Co元素的CuNi-Co-Si铜合金空位大量减少,抑制了可动位错的滑移;另一方面,促进了基体中析出相的析出,析出相弥散均匀地分布在合金基体中,在发生应力松弛过程中,移动的可动位错在遇到弥散分布的第二相之后,会被第二相所钉扎,故Co替代部分Ni形成的CuNiSiCo合金的应力松弛性能要优于CuNiSi合金。     

拉-拉疲劳载荷下钛合金湿喷丸的残余应力松弛及再次喷丸工艺EI北大核心CSCD

采用湿法喷丸强化工艺(wet shot-peening)对TC4钛合金表面进行处理,研究高、低周的拉-拉疲劳过程中合金残余应力松弛规律,探讨再次喷丸工艺(re-shot-peening,RSP)对疲劳寿命的影响。结果表明:在拉应力载荷状态下,残余压应力依然发生松弛现象。疲劳载荷水平对喷丸TC4钛合金残余压应力场(CRSF)的松弛速率、松弛程度和松弛范围具有重要影响。高周疲劳(HCF)过程中残余应力松弛主要发生在近表层0~30μm,松弛速率较慢。低周疲劳(LCF)过程中残余应力松弛发生在0~80μm,范围更大,速率更快。RSP周期对于TC4钛合金的疲劳寿命也具有较大影响。在25%和50%初始喷丸疲劳寿命进行RSP处理会显著提高疲劳寿命,而在75%初始喷丸疲劳寿命处进行RSP处理对于疲劳寿命基本没有影响。此外,RSP的强化效果与疲劳载荷水平相关,对于高周疲劳寿命提高明显。     

生物医用TC20钛合金高温变形行为及本构关系

采用Gleeble-1500热模拟试验机对TC20合金进行等温热模拟压缩实验。分析该合金在变形温度为750~900℃,应变速率为0.001~1.0s-1条件下的变形行为及流变应力的变化规律。分析不同变形温度和变形速率下的热变形行为及其微观组织的演变规律,观察结果表明:流变应力和微观组织受变形温度和应变速率显著影响;流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,流变应力在经历加工硬化的上升阶段后达到硬化和软化相平衡的稳定阶段。采用双曲正弦模型确定该合金的变形应力指数n和变形激活能Q分别为4.43和340.908kJ/mol,建立了相应的热变形本构方程为:ε=2.706×1016[sinh(0.0091σ)]5.72exp[-340908/(RT)]。     

钛合金高温短时蠕变与应力松弛的关系研究*

蠕变或应力松弛被认为是钛合金板材热成形降低回弹的主要机理。目前对热校形阶段中的蠕变与应力松弛的区别及联系尚缺乏深入研究。本文主要进行了钛合金高温短时蠕变及应力松弛实验, 利用TEM对实验后的显微组织进行了观察。分别研究了温度、应力及时间对蠕变和应力松弛行为的影响规律, 从蠕变率-时间和蠕变-时间角度建立了蠕变与应力松弛之间的联系。研究表明: 钛合金在低温低应力下蠕变以原子扩散为主, 高温高应力下以位错滑移和攀移为主, 而应力松弛在不同温度时均以位错攀移为主要变形机制, 基于蠕变数据预测的应力松弛行为与实验结果符合较好。     

再次喷丸周期对TC18钛合金疲劳寿命的影响

研究了再次喷丸对于经过预先喷丸的TC18钛合金残余应力和室温疲劳寿命的影响。使用X射线衍射仪和旋转弯曲疲劳机测定了再次喷丸后的合金的表面残余应力以及总疲劳寿命。结果表明,疲劳试验会使预先喷丸的TC18钛合金疲劳试样表面残余压应力松弛30%～50%,而再次喷丸可以使由于疲劳而松弛的表面残余压应力回复到疲劳试验前试样的50%～70%。此外,相比未经过再次喷丸的试样,选择合适的再次喷丸周期可使TC18钛合金的总疲劳服役寿命提高了75%。     

GH4090合金圆柱螺旋弹簧应力松弛性能研究

以航空发动机用GH4090合金圆柱螺旋弹簧为研究对象,研究了不同温度下弹簧的静态和动态抗松弛性能。结果表明,静态抗松弛实验下,时效态GH4090合金弹簧在室温和300℃下无松弛、无蠕变;350和400℃下应力松弛率分别为1.08%和1.09%。动态抗松弛实验下,时效态GH4090合金弹簧在室温下无松弛,350℃下应力松弛率为3.23%;变形态GH4090合金弹簧在室温和350℃下应力松弛率分别为3.30%和16.85%。变形态和时效态GH4090合金弹簧的松弛率均随温度的升高而增大,且变形态松弛率变化尤为明显。     

不同晶粒尺寸钛合金高温压缩力学行为研究

为了解不同晶粒尺寸钛合金的高温变形力学行为,对α相平均晶粒尺寸分别为6、12μm和20μm的TC4钛合金进行了高温压缩试验,研究了晶粒尺寸和变形参数对TC4钛合金高温压缩力学行为的影响,建立了不同晶粒尺寸TC4钛合金的高温变形本构方程.研究表明:应变速率为10-4s-1时6μm的细晶钛合金出现超塑现象,应变速率在10-3～10-1s-1范围时,变形初期不同晶粒尺寸钛合金的流动应力符合Hall-Petch关系,由于细晶钛合金流动应力软化速度较快,变形至稳态阶段时细晶钛合金流动应力低于粗晶合金.     

沥青混合料低温临界开裂温度的确定

为了同时考虑沥青混合料在降温过程中温度应力的累积和松弛作用,确定临界开裂温度,对试件进行了线收缩系数试验,并利用间接拉伸试验确定其抗拉强度和蠕变柔量,由蠕变柔量和松弛模量的关系得到松弛模量的Prony系列表达式;由Boltzmann叠加原理,得到温度应力公式,计算出不同降温速率下产生的温度应力,根据低温抗拉强度曲线,确定出沥青混合料的临界开裂温度,并对结果予以验证。结果表明:该方法考虑了应力累积和松弛二者的综合作用,能够较好地反映沥青混合料的低温开裂特性,其计算结果与约束试件温度应力试验结果相近;该方法不仅适用于恒定降温速率,还适用于现场连续变速降温工况;随温度的降低或降温速率的增加沥青混合料内部温度应力累积速度加快,临界开裂温度随降温速率增加而升高。      

基于人工神经网络的Mg-Zn-Zr-Ce合金热压缩变形研究

为研究含稀土元素铈的镁合金中高温流变行为,利用热模拟试验机对Mg-6Zn-0.5Zr-1.5Ce合金在变形温度523～673 K、应变速率0.001～1 s-1范围内进行热压缩实验.基于真应力真应变实验数据构建了单隐层前馈误差反向传播人工神经网络模型,利用该模型对ZK60-1.5Ce合金的流变应力行为进行预测,并分析了变形温度、应变速率与真应变对流变应力的影响.研究表明:Ce添加可显著细化晶粒;该镁合金的流变应力随变形温度降低和应变速率升高而增加;其流变应力行为可用双曲正弦函数进行描述,依据峰值应力拟合求得该合金的表观激活能为161.13 kJ/mol;变形温度和应变速率对流变应力的影响高于真应变.所建立的人工神经网络模型可以很好地描述该镁合金的流变应力,其预测值与实验数值吻合良好.     

挤压管状SiCw/Al复合材料中残余应力及其高温松弛行为

利用X射线应力测量方法,研究挤态20vol%SiCw/6061Al复合材料中残余应力,发现复合材料中存在较大的残余应力,而且各方向的残余应力分布很不均匀,动态测量去应力退火期间复合材料残余应力的高温松弛过程,证实高温状态下残余应力按幂指数的方式发生松弛,基于蠕变机制,分析残余应力搞温松弛行为,结果表明复合材料应力指数及应力松弛激活能明显高于基体合金。     

关于残余应力的静载松弛与最佳喷丸残余应力场的研究

本文研究了喷丸残余应力场在疲劳加载初期的静载松弛现象及机理,并对最佳喷丸残余应力场进行了探讨。试验结界表明,残余应力在疲劳过程中的静载松弛是工件表层材料剧烈塑性变形的结果。残余应力的静载松弛会使晶界、相界等障碍物处形成一定数量的微裂纹,给工作表层材料带来损伤,降低疲劳裂纹的形核寿命。为了避免疲劳初期由于残余应力的静载松弛所造成的损伤,在喷丸后采用应力松弛低温回火工艺,预先降低残余应力场中的最大残余压应力值,建立最佳残余应力场。这种通过热激活的方式使残余应力发生的松弛属子非损伤性松弛,因而能够有效地提高材料在S—N曲线上的较高交变应力区的疲劳寿命。     

冷轧带肋钢筋应力松弛试验机的研制

针对冷轧带肋钢筋材料在高应力(高于松弛下限)作用下会产生流变(晶格变形、滑移),应力将随时间衰减的特性,研制该电子应力松弛试验机。该机采用MaxTest标准化模块软件系统进行应力、变形和位移闭环的自动控制,同时在结构设计上通过使用三爪夹具保证防滑,通过结构力学的核算来保证其刚度,从而具有防止试样打滑、精确地负荷和形变控制、连续并适时地绘制松驰力-试验时间曲线的特点,并设计在意外因素(停电、断电)下继续进行试验的措施,充分满足标准要求和实际工作需要。     

生物可降解材料PLGA的应力松弛性能

针对基于生物可降解材料聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)的热压成型工艺仿真研究中,粘弹性材料模型参数缺乏的问题,通过单轴拉伸应力松弛试验,研究了生物可降解材料PLGA在5种温度状态下的应力松弛性能。基于时间-温度等效原理,平移得到60℃的松弛模量主曲线,并采用广义Maxwell模型对此主曲线进行拟合。结果表明:随着温度的升高,PLGA材料的松弛时间明显缩短,且拟合曲线与原数据误差较小,说明广义Maxwell模型能较理想地模拟PLGA材料的应力松弛行为。这些数据的获得为后续仿真研究提供了参考。     

Microstructural and Microhardness Variation of Amorphous Fe78Si9B13 Alloy during Bend Stress Relaxation

The amorphous Fe78Si9B13 ribbons were bend stress relaxed at various temperature well below the crystallization temperature （Tx） for different time. The effect of pre-annealing on the subsequent bend stress relaxation was examined. The variation of the microstructure and microhardness during bend stress relaxation process was studied using X-ray diffraction （XRD）, atomic force microscopy （AFM） and Vickers microhardness test,respectively. Curvature radius of the amorphous Fe78Si9B13 ribbons decreased with increase bend stress relaxation temperature and time. The microhardness of the stress relaxed specimens increased with time at 300℃ due to the forming of nanocrystals during bend stress relaxation. The pre-annealing reduced the decrease rate of the curvature radius of stress relaxed specimens.     

Study on Reloading Stress Relaxation Behaviour for High Temperature Bolted Steel

Designing and maintenance of mechanical elements is very important to clarify the effect of retightening (reloading) on stress relaxation behaviour of high temperature bolts. Experiments of stress relaxation simulates the real engineering problem of the long-term loosening of tightened bolts and other fasteners. Stress relaxation curves for a bolted steel 25 NiCrMo 8 are analyzed at three levels of test temperature (400, 450 and 500°C). The effect of the specified relaxation stresses on the reloading stresses behaviour is studied using five levels of the specified relaxation stress ratio (0.9, 0.8, 0.7, 0.6 and 0.5). Discussions are made on the relation between the testing time at each cycle and the number of loading with the variable of the specified relaxation stress ratio and the test temperature. The plastic strains accumulated during the course of the testing are analyzed and calculated by using empirical equation. Moreover, the apparent activation energy of relaxation behaviour which is determined as a relation of the testing time and of the specified relaxation stress ratio can be calculated.     

SiO2纳米粒子填充PS/PMMA共连续共混物的应力松弛行为

采用流变测试和扫描电子显微镜技术,考察了亲水性SiO2纳米粒子对具有共连续结构的聚苯乙烯(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(体积比50/50)共混物在步阶剪切应变下应力松弛行为的影响。研究表明,PS/PMMA共混物呈现两步应力松弛行为,即来源于本体聚合物的较快的松弛以及来源于界面的较慢的松弛。SiO2粒子的加入细化了共混物的形态尺寸,加速了共混物第二阶段的松弛行为。同时,实验结果进一步表明,填充共混物应力松弛行为的加快主要是由于SiO2的加入引起形态细化造成的,而并非组分粘弹性的变化。     

Performance-based creep strength and intrinsic ductility for a cast nickel-based superalloy

Stress relaxation test (SRT) results are reported for a cast nickel-based superalloy, IN738, at 800, 850 and 900C. Both standard size and miniature specimens were taken from an engine run gas turbine blade from the thick shank area and the thin airfoil area. SRT from various strain levels indicated that 0.4% strain was close to optimum to maximize the amount of data and avoid transient effects. At higher strain levels there was evidence that there was a significant change in mechanical state due to recovery during the test. There was no appreciable effect of test section size on creep strength for the same blade location. However, the creep strength of the shank was much higher than that of the airfoil. This is likely dependent on the starting grain size difference rather than microstructural changes that have occurred in the hotter airfoil during service. The tests demonstrated excellent consistency and repeatability. Intrinsic ductility measurements based on the calculated strain rate sensitivity demonstrated a clear effect of stress and temperature. The ductility values increased at low stress and, especially in the miniature specimens, showed a clear minimum at a critical stress. These observations are similar to those previously reported in ferritic steels. The creep strength and ductility measurements from SRT can provide an improved foundation for engineering design compared with traditional constant load creep–rupture methods.