焊接应力变形原理若干问题的探讨(二)

提出焊接残余应力形成和消除原理:焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的,而是由于焊缝和近缝区金属在"力学熔点"及以下温度冷却收缩受阻产生的;消除焊接残余应力不是产生拉伸塑性应变以减少、抵消和补偿压缩塑性应变,而是将残余弹性应变转变为塑性应变;消除焊接残余应力并不是必须去除固有应变,部分去除或完全不去除固有应变也能完全消除残余应力.提出随焊后热精确控制应力变形焊接法,既可实现无应力焊接和无应力无变形焊接,也可实现适当压应力无变形焊接和较大压应力微变形焊接;并对传统方法与有限元法进行了分析比较.     

TB8钛合金超塑性拉伸变形流变行为与本构方程

在电子万能拉伸试验机上对TB8钛合金进行了恒应变速率超塑性拉伸试验(变形温度为720~880℃,应变速率为0.000 1~0.01s~(-1)),研究了拉伸流变行为,计算了超塑性拉伸变形激活能和相应的应力指数,建立了TB8钛合金应力-应变本构模型。结果表明,在同一应变速率下,流变应力随变形温度的增加而减少,同一变形温度下,流变应力随应变速率的增加而增加。在变形温度为840℃,应变速率为10~(-4) s~(-1),合金的伸长率最大,为356%;超塑性拉伸变形激活能和应力指数分别为251.25kJ/mol、2.389 5。     

TC21钛合金超塑性拉伸变形流变行为

通过恒应变速率超塑性拉伸试验,研究了TC21钛合金在变形温度为1 153~1 193K,应变速率为3.3×10-4~3.3×10-2 s-1条件下的拉伸流变应力行为。计算了TC21钛合金超塑性拉伸变形激活能和相应的应力指数,建立了TC21钛合金应力-应变本构模型,并通过1stopt软件对其进行修正。研究表明,在同一应变速率下,TC21钛合金流变应力随变形温度的升高而减小;在同一变形温度下,流变应力随着应变速率的增大而增大。当应变速率较高,变形温度较低时,动态再结晶为主要软化机制;当应变速率较低,变形温度较高时,加工硬化与软化达到动态平衡,软化机制以动态回复为主;当变形温度为1 153K,应变速率为3.3×10-4 s-1时,TC21钛合金具有较好的超塑性(408.60%);超塑性拉伸变形激活能和应力指数分别为329.20kJ/mol、2.367 7。     

随焊加载冷源或位移控制载荷的无应力焊接方法

应用一维杆模型论证了随焊加载冷源或位移控制载荷实现无应力焊接的原理. 应用数值模拟探讨了其实现方式,对7种加载方案下杆件中心点应力、塑性应变等物理量的时程分布进行了数值模拟对比研究,认为任意时刻外加位移控制载荷产生的机械应变和热输入满足一定条件时焊后残余应力为零. 随焊降低残余应力的工艺在焊件局部区域产生的变形速率与该局部区域的热膨胀或收缩变形量速率大小相同时,降低残余应力的效果达到最优. 应用模型导出的原理对焊前预拉伸、焊前温差拉伸、动态温差拉伸、低应力无变形焊接(LSND)等工艺的原理和参数设置依据进行了讨论. 结果表明,使焊件内部在冷却时产生足够大的拉伸塑性应变,是降低焊接残余应力的有效途径.     

应力应变,疲劳与脆断,断裂力学

20091057关于焊接塑性应变的计算与讨论/方洪渊…//焊接学报.-2008,29(7):60~63采用数值模拟的方法计算了平板熔焊对接接头的纵向塑性应变的分布和动态演变过程。就目前学者所提出的焊缝存在的拉伸塑性应变的观点与传统的残余压缩塑性应变理论所存在的分歧,对比了考虑熔化现象和不考虑熔化现象两种情况,分析了焊缝中心和热影响区焊接准稳态时纵向塑性应变的变化规律。结果表明,考虑熔化现象和不考虑熔化现象纵向塑性应变结果基本相同,在焊接加热过程中所产生的压缩塑性应变始终大于冷却过程中所产生的拉伸塑性应变,在考虑熔化现象的情况下,其热影响区也始终处于压缩塑性应变状态,只是在移动热源经过后,其压缩塑性应变值在冷却的过程中有所减小。图8参1020091058焊接应力变形原理若干问题的探讨(二)/王者昌//焊接学报.-2008,29(7):69~72提出焊接残余应力形成和消除原理:焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的,而是由于焊缝和近缝区金属在“力学熔点“及以下温度冷却收缩受阻产生的;消除焊接残余应力不是产生拉伸塑性应变以减少、抵消和补偿压缩塑性应变,而是将残余弹性应变转变为塑性应变;消除焊接残余应力并不是必须去除固有...     

SiC晶须增强6061Al基复合材料的热机械疲劳性能 Ⅰ．应力应变行为

对体积分数为15%和28%的SiCW/6061Al复合材料进行了同相和反相热机械疲劳（TMF）实验,研究了疲劳过程中的应力应变行为和变形机制。结果表明,两种材料在同相和反相加载下均表现为循环软化;反相加载产生拉伸平均应力,同相加载产生压缩平均应力;在相同应变范围下,高体积分数复合材料的循环应力范围比低体积分数复合材料的应力范围大。     

7075铝合金室温等通道转角拉伸模拟与试验

采用有限元软件Deform-3D对7075铝合金室温等通道转角拉伸过程进行了数值模拟，分析了室温条件下金属流动、最大主应力、等效应力以及等效应变的分布规律，揭示了材料的变形机理。利用等通道转角拉伸试验，验证了7075铝合金变形模拟结果的准确性。结果表明：模具出、入口的金属流动速度差使试样在大变形区出现缩颈，试样横截面的断面收缩率为17.97%;内、外模角区域的剪切力分布不均引起横截面呈椭圆形；在金属流动速度差和剪切力分布不均的共同作用下，大变形区出现明显弯曲。变形开始阶段，内、外模角区域的应力状态复杂，同时转角区域所产生的拉应力最大，导致试样在难变形区与大变形区交界处最容易产生裂纹并发生断裂，同时在大变形区靠近内模角的表面容易产生损伤。变形过程中，试样的等效应力和等效应变分布呈现不均匀现象，其横截面表面处的等效应变高于内部的数值，其大变形区等效应变不均匀度系数为0.85,优于同参数的等通道转角挤压的1.46。等通道转角拉伸试验后，试样无明显的飞边与毛刺，横截面的断面收缩率为17.49%,与模拟的结果相吻合。     

新型网状增强体分布的原位自生TiB_w/Ti6Al4V复合材料的热变形行为(英文)

通过原位自生反应热压法制备出TiB晶须增强Ti6Al4V(TC4)合金基复合材料(TiBw/Ti64)。通过热压缩实验研究这种新型复合材料的高温变形行为,变形温度区间为900~1100°C,变形应变速率区间为0.001~10s1。结果显示,该复合材料的流变应力随变形温度的升高与应变速率的降低而降低。当应变速率达到10s1时,出现了非连续屈服与流变失稳现象,特别是在β相区变形时,这种现象更加明显。根据应力—应变曲线上获得的峰值流变应力,分别获得了α+β双相区与单一β相区的流变应力方程。根据流变应力方程,获得了α+β双相区塑性变形激活能为822.3kJ/mol,单一β相区塑性变形激活能为209.4kJ/mol。增强体网状组织结构与基体组织结构变形形态较大程度上取决于变形区域与变形参数。     

不同形变温度下Mg-Al-Ca-Mn合金的变形机制

熔炼配制了Mg-Al-Ca-Mn合金,采用单轴拉伸实验测试了合金在25～475℃温度范围内的应力-应变曲线,通过数据处理分析了其加工硬化率曲线,并采用显微组织观察研究了不同形变温度下合金的形变机制。研究表明,合金拉伸的应力-应变曲线在不同温度下存在明显区别,且取决于其形变机制的不同。室温变形的形变机制以孪生为主,应力随应变增加而快速增加至最大值后断裂,塑性较差。425℃高温变形时主要形变机制为动态再结晶,应力在变形初期的极小应变范围内迅速达到最大值,由于动态再结晶的软化作用,应力值缓慢减小,表现出良好的变形能力。而当形变温度处于中温区(225℃)时,加工硬化阶段以孪生变形为主,随着应变的不断增加,部分区域发生动态再结晶,应力增加至最大值后缓慢减小,直到断裂。     

Ti1023合金锻造参数优化的基础研究

通过Ti1023合金等温压缩试验,得到不同高温变形条件下真应力-应变曲线和热加工图。通过加工硬化和动态软化效应分析了变形参数对Ti1023合金应力-应变曲线形态和峰值应力的影响。结果表明:在中低温区域和大应变速率条件下,变形参数对流动应力影响较大,高温区域和小应变速率对流动应力影响较小。通过对Ti1023合金热加工图的分析,发现合金的热变形能量分配主要受应变速率的影响。热加工图中主要存在两个变形失稳区和一个临界失稳区,失稳机制主要包括局部塑性流动和绝热剪切等。Ti1023钛合金的较优锻造区间为:变形温度760~780℃、应变速率5×10~(-4)~10~(-1)s~(-1)。     

Comprehensive model for scale effects in friction due to adhesion and two- and three-body deformation (plowing)

The coefficient of friction is a sum of the adhesional component and two- and three-body deformation (plowing) components. Scale effects in dry friction at macro- to nanoscale are considered. All components depend on the real area of contact (dependent upon surface roughness and mechanical properties) and shear strength during sliding. In the adhesional component, elastic and plastic deformation and single- and multiple-asperity contacts are considered. For multiple-asperity predominantly plastic contacts, the real area of contact is scale dependent, due to the effect of strain-gradient plasticity, and decreases with decreasing scale, whereas the shear strength is scale-dependent due to the effect of the dislocation-assisted sliding, and increases with decreasing scale. The two-body deformation component increases with decreasing scale due to increasing average asperity slope, an important parameter of interest. The three-body deformation component decreases with decreasing scale, due to decreasing probability for a particle to be trapped at the interface, although the shear strength increases. Transition from elastic deformation to plastic deformation (plowing) is considered. Comparisons of the model with experimental data are presented.     

Modified Law of Mixture to Describe the Tensile Deformation Behavior of Thermomechanically Processed Dual-Phase Steel

Low alloy steel containing 0.09 wt.% C was thermomechanically processed with various rolling reductions at intercritical temperature of 790 °C, followed by quenching in the iced brine solution. The flow of the material due to this plastic deformation increased the aspect ratio of the microstructure (α + γ) in the rolling than in the transverse directions. The strengths, both in the longitudinal and transverse directions of rolling were increased because of the development of substructure in ferrite, observed previously. The fibrous microstructure formed after rolling increased the surface area of contact of ferrite and martensite. During tensile deformation the fibrous dual-phase composite had positioned itself for better stress transfer from soft ferrite to hard martensite particles. These microstructural changes associated with hot deformation of the material were accommodated in current modifications in the law of mixture applied to dual-phase steel. A computer simulation was developed to present the deformation behavior of ferrite, martensite, and composite from the experimental tensile data (loads and strain). Different variables were introduced in the simulation for allowing the composite curves to pass through the experimental data points to demonstrate the tensile deformation behavior of ferrite and martensite. The systematic changes in these variables with degree of hot rolling in the intercritical region clearly described the deformation behaviour of ferrite and martensite individually.     

短纤维增强金属基复合材料拉伸应力场的有限元数值分析

运用空间轴对称弹塑性有限元方法,研究了短纤维增强金属基复合材料拉伸应力场分布。研究表明,基体和纤维的应力分布及基体塑性行为具有明显的不均匀性,材料参数（纤维长径比,纤维体积分数,纤维根间距和基体应变硬化指数）以不同方式通过影响应力传递基体约束变形和基体应变硬化进而影响应力场分布。     

Csf/Al复合材料热压缩变形力学行为的数值模拟

与长碳纤维增强铝基复合材料相比,短碳纤维增强铝基复合材料的最大优点是可以进行二次塑性加工。在复合材料塑性加工中,加工工艺参数对复合材料性能的影响很大。然而由于复合材料界面结构、成分的复杂性和微观性,实验研究无法给出定量的细节过程描述。文章借助数值模拟手段,全面细致地模拟了变形量、温度对复合材料塑性加工的影响,研究了塑性加工时复合材料的应力应变分布规律。实验结果表明,塑性加工时应变主要集中在纤维端部附近,全面进入屈服后纤维的受力随变形量的增加而缓慢增加,变形温度越高,纤维与界面的受力越小,变形越均匀,对保持纤维的长度和界面的性能越有利。     

Effect of Martensite Morphology on Tensile Deformation of Dual-Phase Steel

Three morphologies of martensite in dual-phase microstructure of 0.2% C steel were obtained by different heat treatment cycles. These morphologies consisting of grain boundary growth, scattered laths, and bulk form of martensite have their distinct patterns of distribution in the matrix (ferrite). In tensile testing martensite particles with these distributions behaved differently. A reasonable work hardening was gained initially during plastic deformation of the specimens. The control on ductility was found to depend on the alignment of martensite particles along the tensile axes. The increased surface area contact of martensite particles with ferrite, in grain boundary growth and scattered lath morphologies, facilitated stress transfer from ductile to hard phase. The ductility in the later part of deformation was dependent on the density of microvoids in the necked region. The microvoids are formed mostly by de-cohesion of martensite particles at the interface. The fracture of martensite particles is less prominent in the process of microvoid formation which predicts high strength of martensite.     

大变形Ag/Ni20纤维复合电接触材料电弧侵蚀及形貌特征

采用包覆挤压、集束挤压、大变形冷拉拔等大变形技术制备出Ag/Ni20纤维复合电接触材料,研究该材料在直流条件下触点的电弧侵蚀,利用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)等方法分析电弧侵蚀后触点表面微观结构和元素分布,归纳出大变形Ag/Ni20纤维复合电接触材料具有浆糊状凝固物、珊瑚状结构、骨架结构、孔洞或气孔、裂纹等5种电弧侵蚀形貌特征。     

铜钨/铜整体触头结合强度的测试

通过测试不同结构的Cu-W整体触头材料的试样发现,Cu-W试样结构对整体触头的结合强度有明显影响。标准拉伸试样因尾部Cu发生塑性变形而使断裂发生在Cu一侧,强度测试结果偏低。改进结构后的试样消除了非界面因素的影响,试样均在结合面处断裂,该结构试样能真正评价Cu-W整体触头的结合强度。     

水附着状态下奥贝球铁的拉伸性能及断裂机制

研究结果表明,水附着状态下,奥贝球铁的抗拉强度和伸长率显著降低,发生明显的脆化现象。特别是在工艺窗口内等温淬火处理的试样脆化更显著。经断口分析发现,这种脆化现象是水附着拉伸试样在塑性交形初期。表面附近产生了脆性断裂区域,作为试样破坏的起点,导致试样早期断裂而造成的。     

低合金钢弹塑性变形状态的磁记忆检测

采用压力容器常用钢Q345R制作拉伸试件。在拉伸过程中分别进行在线检测和离线检测,研究试件表面磁场强度HP、磁场梯度K及强屈评价因子最大值mmax是否可用来判断试件的弹塑性状态。结果表明,在线检测时,可利用HP曲线形状和mmax大小来判断试件的弹塑性状态;离线检测时,HP信号强度和Kmax大小在屈服前后有较大差别,可作为试件弹塑性状态的判据。     

金包银复合键合丝的组织演变及变形行为

采用金相显微镜、双束离子显微镜、高低温拉力仪及纳米压痕仪对不同真应变条件的金包银复合键合丝的组织和力学性能进行表征,研究了金包银复合键合丝的组织结构演变、力学性能及变形行为特点。结果表明：金包银复合键合丝的银合金芯材沿着拉伸方向从胞状树枝晶演变为纤维组织,靠近界面的过渡层始终保持细小的等轴晶或球状晶粒,金包覆层在变形过程中均匀连续。各组分在变形过程中尺寸变化不一致,拟合后的尺寸变化常数与试样直径的变化不成正比。显微硬度、抗拉强度、延伸率均随着变形量的增加而增大。在单轴拉伸过程中,金包银复合键合丝组分之间相互制约,使单向拉应变变为复杂的二维应力状态,交替变化的应力状态可抑制裂纹的形核,提高材料的塑性和韧性。