大型锻件内裂纹的无塑性变形热修复技术研究

20MnMo材料内裂纹自修复过程的模拟研究表明,修复结晶是裂纹的主要自修复机制。自修复过程分三个阶段:修复结晶形核的准备;修复结晶晶粒的形核及长大和结构重建。修复结晶的形核有三种模式。修复结晶机制的基础对于研究塑性变形时内裂纹的自修复和塑性变形对性能的影响是非常重要的。研究结果可用于修复锻件内裂纹和提高锻件质量。     

7050铝合金内部沿晶微裂纹热塑性修复的元胞自动机模拟

根据7050铝合金单道次热压缩变形实验数据,对建立微裂纹修复的元胞自动机(CA)模型所需相关参数进行辨识和计算。利用Microsoft Visual C++平台编制了包含拓扑变形机制、位错密度演变机制、动态再结晶动力学机制的沿晶微裂纹热塑性修复的微观组织CA演化规则。针对裂纹表面和母相晶界的不同特征,提出再结晶过程中表面能和晶界能驱动下不同的晶粒长大方式。CA模拟结果表明:一定条件下的热塑性变形和动态再结晶可完全修复材料内部微裂纹,且裂纹愈合过程中出现的分段愈合特征与实验结果相吻合,但裂纹愈合的形貌演化取决于裂纹形态、裂纹表面形核率和形核位置、新晶粒长大方向与速度。     

超塑变形晶粒长大模型的修正与实验验证

变形诱发晶粒长大是超塑性变形组织变化的重要特征，基于超塑性晶粒长大全微分为晶粒换位微观纯变形和晶粒微微静态长大偏微分之和的思想，获得了修正的Ｃａｍｐｅｎｎｉ变形诱发晶粒长大模型和新展开的晶粒长大和新展开的晶粒长大速率模型，模型预报的规律已为超塑性Ｍｇ－８．４Ｌｉ（质量分数，％）合金晶粒长大实验规律所证实。     

加热状态下的45钢内裂纹表面迁移

采用钻孔压缩法在45钢试样内部预制内裂纹,并对裂纹试样进行900℃、1000℃、1200℃加热,观察裂纹表面的组织变化。结果表明,45钢内裂纹试样加热时,裂纹表面普遍存在铁素体晶粒形核与长大,从而使裂纹表面向裂纹中心方向迁移,裂纹表面迁移有分段现象。原子扩散是物质补给方式,铁素体晶粒形核长大是内裂纹表面迁移方式。原子扩散是裂纹愈合的基本要素,为内裂纹表面迁移提供物质来源,但是铁素体晶粒形核长大能够使原子扩散速度加快,而裂纹表面无新晶粒形核长大的裂纹愈合现象,相比之下,存在铁素体晶粒形核长大现象的裂纹愈合行为中,裂纹表面迁移更迅速。     

Ni42Cr6Fe合金在高温湿氢中的氧化膜组织结构及生长过程研究

用ＴＥＭ、Ｘ射线衍射、ＳＥＭ等技术研究了Ｎｉ４２Ｃｒ６Ｆｅ玻封合金在高温湿氢中的氧化膜生长过程。氧化初期，Ｃｒ＿（２）Ｏ＿３和尖晶石氧化物同时形核长大，前者在晶界处形核长大，后者在晶内处形核长大。随后由于Ｃｒ的选择氧化，氧化膜主要以Ｃｒ２Ｏ３生长为主．当氧化进行到一定程度后，由于表面层Ｃｒ的贫化，氧化膜生长转化以（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｃｒ２Ｏ４尖晶石氧化物生长为主．最后形成表层以粗大晶粒（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｃｒ２Ｏ４为主，底部以较小晶粒Ｃｒ２Ｏ３为主，中部由大晶粒（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｃｒ２Ｏ４围绕小晶粒Ｃｒ２Ｏ３的稳态氧化膜组成     

工业纯铁内部穿晶疲劳微裂纹的扩散愈合过程

采用对称拉压低周疲劳方法在轴对称工业纯铁试样中引入了临界长度约为30μm，穿越铁素体晶界的内部微裂纹，随后在1173K温度下对试样分别进行2和5h的真空加热处理，结果表明，随保温时间的延长，穿晶疲劳微裂纹扁椭圆型的二维纵剖面首先在表面扩散与晶界扩散的耦合作用下在晶界处分隔为两部分，随后在表面扩散单独作用下演化为由多个球形空洞组成的球洞串截面形态，由于晶界在退火过程中的迁移运动，晶界上裂纹演变形成的空洞最终被遗留在晶粒内部，建立了体扩散控制下的晶粒内部空洞的收缩模型，与实验观察结晶对比表明，该模型能够很好地预测晶内空洞的收缩愈合过程。     

裂纹尖端在三晶粒交界附近区域变形场的实验分析

以云纹法和光学滤波技术为主,从细观尺寸对多晶体大晶粒的受力变形状态进行了测量,并观测到晶体的变形、晶界位错、滑移、晶粒之间的转移等现象.对位于三晶粒交界的裂纹尖端附近区域的微空洞萌生、长大和裂纹扩展的规律进行分析与研究.该实验结果为细观塑性理论的研究提供了重要的实验依据.     

基于晶粒长大拓扑依赖性的准稳态三维晶粒尺寸分布

基于三维个体晶粒表面积的变化率与晶粒拓扑性质之间的定量关系和晶粒尺寸一面数关系的假设，推导了一个拓扑相关的个体晶粒长大速率方程．该方程表明，个体晶粒的尺寸变化率不仅与其自身尺寸有关，而且也与拓扑特征有关．在此基础上，借鉴最新的关于粒子粗化理论中的晶粒长大连续方程，对三维晶粒长大过程准稳态阶段的晶粒尺寸分布进行了求解．结果显示，所得准稳态三维晶粒尺寸分布是一个单参数函数族．该结论得到了顶点法、基元演化法、相场模型和Monte Carlo法这4种晶粒长大仿真方法所得三维准稳态晶粒尺寸分布数据的支持．     

锆—4合金氧化膜中的晶粒形貌观察

用扫描探针显微镜(SPM)研究了Zr—4合金在高压釜中经360℃高温水腐蚀后氧化膜中的显微组织和晶粒形貌。从氧化膜表面上观察到的晶粒在100nm～400nm之间，比从截面上观察到的大，说明氧化膜的晶粒在腐蚀过程中仍在不断长大。从离子轰击蚀刻后的氧化膜截面上，可以区分出由大角度晶界构成的柱状晶，以及在柱状晶中由小角度晶界构成的等轴晶。在三晶交界处，常常有明显的“凹陷”，这应是空位扩散凝聚后形成的空洞，尺度在几纳米至几十纳米间。在氧化膜的截面上，除了可观察到裂纹和空洞等缺陷外，在氧化膜／金属交界处，有时还可观察到片层状的氢化锆和显示不出晶界的非晶ZrO2。     

以镍和铁为粘结相的硬质合金中WC晶粒长大及其抑制

研究了在WC—10wt％Ni合金中添加(0～2)wt％的作抑制剂的碳化物(VC．Cr3C2，TaC，TiC和ZrC)，FSSS粒度为0．6μm的WC粉末(SEM平均粒度为0．351xm)的WC晶粒长大及抑制其长大的情况：在Ni粘结相硬质合金中，即使在抑制剂的添加量加大的情况下，合金的总碳对于WC晶粒长大仍是一个极其重要的因素：与低碳牌号相比，高碳合金的晶粒长大是非常显著的，这导致了硬度明显地降低：迄今为止VC被证明是WC—Ni硬质合金中最有效的晶粒长大抑制荆，紧接其后是TaC，Cr3C2，TiC和ZrC。硬度随添加量的增加而增加，但是达到最大值后硬度保持不变：在WC-Fe-(VC)合金上的试验表明在以Fe作粘结相的合金中，即使不添加抑制剂，WC的晶粒长大也会受到极其明显的限制：粘结相的化学性质极大地影响了WC晶粒的连续和不连续长大：其化学性质是由粘结相基体(Fe，C0，Ni)的性质、合金的总碳(这一点决定了粘结相基体的成分)以及抑制剂的添加量所决定的．     

高温塑性变形中孔隙性缺陷自修复机理

通过物理模拟研究20MnMo材料内部孔隙性缺陷的修复过程,建立了孔隙性缺陷高温修复的修复再结晶机理。将孔隙性缺陷修复分为3个阶段:修复再结晶晶粒形核准备、修复再结晶晶粒形核、修复再结晶晶粒长大和改建,其中修复再结晶形核主要存在3种方式。孔隙性缺陷修复再结晶机理的提出对深入研究塑性变形中缺陷修复以及塑性变形对性能的影响作用具有重要理论意义,对缺陷修复规律在生产实际中应用具有重要的实用价值。     

EBSD Analysis of Fatigue Crack Growth of 2124 Aluminum Alloy for Aviation

运用电子背散射衍射(EBSD)分析技术对2124-T851铝合金板材的疲劳裂纹扩展进行了分析研究。结果表明,疲劳裂纹扩展以穿晶为主,随晶粒取向的不同而呈现一定的择优性。当裂纹扩展到晶界时,由于相邻晶粒间存在的取向差,裂纹会偏离其正常扩展路径而发生偏转,而晶内的裂纹偏转则更多是因为粗大第二相粒子在循环应力作用下协调变形能力差引起的。裂纹扩展过程中发生裂纹分叉与特定的晶体学方向有关,是由于裂纹尖端多个等效{111}<110>滑移系的同时开动造成的。     

大锻件内部裂隙型缺陷焊合规律

利用Gleeble-3500热模拟实验机,对30Cr2Ni4MoV低压转子钢内部裂隙型缺陷进行高温塑性变形焊合实验,并对焊缝处的金相组织进行观察。研究结果表明,温度、时间和变形量对裂隙焊合都有影响,温度是影响裂隙焊合的主导因素,当温度、保温时间和变形量三者满足一定的组合时,裂隙型缺陷可以通过扩散和再结晶等机制实现焊合。实验中在焊合区域出现了较明显的焊合线,有的晶粒贯穿焊合线生长,达到了较好的焊合效果。采用温度1000℃和10.7%的相对变形量、保温时间60s的工艺条件,达到的裂隙焊合效果令人满意。     

热塑性变形条件下钢内部裂纹愈合的实验研究

在ＨＩＧＨ－ＭＵＬＴＩＴ５０００型热压机上地含有人工预置内部裂纹的２０ＭｎＭｏ钢及２０吨钢试样进行了愈合实验,发现热塑性变莆条件下,存在于预置内部裂纹区域的裂纹缝隙消失,裂纹完全愈合,愈合区内为铁素体中的与无塑必菜,仅经过高温处理的试样内部裂纹形态进行对比表明热性变莆条件下愈合进程大大加快析出 但愈合区与基体组织形态不一致的状况并未改善。     

BEHAVIOUR OF INITIATION AND GROWTH OF SHORT FATIGUE CRACKS

ＢＥＨＡＶＩＯＵＲＯＦＩＮＩＴＩＡＴＩＯＮＡＮＤＧＲＯＷＴＨＯＦＳＨＯＲＴＦＡＴＩＧＵＥＣＲＡＣＫＳＷＵＺｈｉｘｕｅ;ＸＵＨａｏ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｓｈｅｎ...     

X90高强度管线钢预精焊冷裂纹形貌及成因

采用力学测试、组织分析、扫描电镜和能谱分析的方法,研究了X90高强度管线钢预精焊的焊接裂纹形貌,并分析了裂纹形成原因.结果表明,X90螺旋焊钢管内焊缝上的横向裂纹为冷裂纹,裂纹在焊缝组织中呈穿晶扩展或沿晶界扩展.X90含有较多的Mn,Cr,Mo,Ni,Cu等合金元素,强度高,导致内焊缝的焊接残余应力高于裂纹的临界应力.内焊道维氏硬度比外焊道的高,且焊缝两侧的硬度分布极不对称,造成了内焊道附近的应力集中和分布不平衡.内外焊缝重合区域的扩散氢不易逸出,其含量较高,在气孔、夹渣等“陷阱”处聚集,导致裂纹产生和断口上大量氢白点形成.焊缝一次结晶所形成的连续细长的树枝晶晶界为裂纹扩展提供了“通道”.     

9Cr2Mo锻钢冷轧工作辊断裂原因分析

通过金相和扫描电镜分析，并配合热处理试验，找出9Cr2Mo锻钢冷轧工作辊断裂失效原因。通过分析冷轧工作辊断裂的主要原因是轧辊热处理工艺不当。在淬火过程中形成了沿晶内裂纹，当轧辊工作受力时，裂纹沿晶界快速扩展，导致轧辊产生脆断。     

有效控制夹杂性裂纹的大型锻件锻造及处理方法

大型锻件的夹杂性裂纹问题是长期以来困扰我国重型行业发展的重要因素之一。为从根本上解决此问题，本文对大型锻件内部夹杂性裂纹的形成机理进行了模拟研究，得到了夹杂性裂纹形成及其在高温条件下自修复的规律。在此基础上，提出了能有效控制夹杂性裂纹的大型锻件锻造工艺。大型管板和模块锻件的控制夹杂性裂纹锻造工艺已在生产中应用，大大地提高了大型锻件的成品率和产品内在质量，具有十分显著的经济和社会效益。