工业纯钛室温下的应变速率敏感性及Hollomon经验公式的改进

通过实验研究了工业纯钛TA2在室温下应变速率范围为1×10-4～1×10-2s-1的拉伸力学性能。发现TA2的拉伸力学性能存在显著的应变速率敏感性,随着应变速率的增加,材料的强度提高、塑性下降,应变速率敏感性指数较高。通过对Hollomon经验公式σ=Kεnεm的推导和TA2实验数据的分析发现应变速率敏感性指数m和应变硬化指数n分别会受到应变和应变速率的影响,并且它们之间均呈指数关系。因此对Hollomon经验公式提出了改进,得到了TA2在室温下改进的Hollomon模型。与传统的Hollomon经验公式及Johnson-Cook模型相比,改进的Hollomon模型的预测结果与实验结果更加吻合,能更准确地表现材料的拉伸力学性能。     

高应变速率对纯钛塑性变形的影响

利用动态塑性变形(DPD)和准静态压缩变形(QSC)技术对纯钛圆柱样品进行对比压缩试验,研究了不同应变速率下纯钛形变孪晶和微结构演变。结果发现:2种变形方式的变形机制相似,低应变时以形变孪生为主,孪生饱和后转变为位错滑移主导;高应变速率促进了形变孪晶的产生,激发{4211}压缩孪晶的形成,同时使变形机制转变临界应变提前至0.2;纯钛在高应变速率和高应变(ε≥0.6)下出现绝热剪切带(ASB)。     

热处理温度对金属隔膜用工业纯钛力学性能的影响

以金属隔膜用TA1ELI纯钛板为研究对象,研究热处理温度对其力学性能的影响,通过改善原材料性能得到塑性更强、翻转性能更好的金属隔膜。结果表明,与原始态相比,经610、660、710℃3种温度的真空热处理后,TA1ELI板材的抗拉强度、规定非比例延伸强度和断面收缩率均有所下降,断后伸长率有所提升。采用710℃进行真空热处理时,断后伸长率均可达到60%以上。依据试验得出的不同热处理温度对材料力学性能的影响,可根据金属隔膜实际的设计特性,制定合理的热处理工艺参数。     

工业纯钛机械孪晶演化及其对纯钛低温力学性能的影响

对工业纯钛(TA2)在液氮介质中机械孪晶随应变量的变化规律以及孪晶对晶粒尺寸的依赖性进行了研究。结果表明:在静拉伸过程中孪晶分数随应变量的增加而增加,孪晶的形成主要在均匀塑性变形阶段,尤其在塑性变形的初期,颈缩后孪晶分数增加缓慢。孪晶形貌的演化规律为:在变形的初始阶段生成孪晶的尺寸比较大,在随后的塑性变形中又发生破碎,最终形成一些孪晶密集的区域。低温下纯钛的塑性变形方式为孪生和滑移共同作用。粗晶粒(55μm)和细晶粒(18μm)的纯钛在室温和低温下的拉伸实验结果表明,晶粒的粗化没有降低纯钛的塑性,低温下粗、细晶粒纯钛的塑性均比室温下的高。这种现象与纯钛低温下活跃的孪生密切相关。     

预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹尖端应变场的影响

钛制承压设备在制造和服役过程中会产生塑性变形,影响其抗疲劳性能。为了研究预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹扩展行为的影响,本文对原始材料、预应变量为10%、20%和30%的材料进行疲劳裂纹扩展试验,结合数字图像相关(Digital image correlation, DIC)技术获取裂纹尖端应变场,研究预应变对裂纹尖端应变场的影响。结果表明：随着预应变量的增加,稳态疲劳裂纹扩展阶段的扩展速率减小,裂纹张开位移减小,裂纹张开载荷增大,裂纹尖端塑性区、塑性变形量以及循环塑性应变累积量均减小。因此预应变抑制了裂纹尖端的塑性变形及循环塑性累积,致使裂纹闭合效应愈加明显,从而抑制了裂纹的扩展。研究结果对钛制承压设备的安全评定具有参考意义。     

不同应变速率对10MnNiCrMOV船体钢力学性能的影响

利用不同应变速率下的拉伸试验及光学显微镜、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)观察,研究了应变速率对10MnNiCrMoV钢室温拉伸力学性能的影响.结果表明,在2.0×10-3-1.2×103s-1应变速率范围内,10MnNiCrMoV钢的抗拉强度由低应变速率(2.0×10-3s-1)时的620 Mpa增加到高应变速率(1.2×103s-1)时的648 Mpa;伸长率则南低应变速率(2.0×10-3s-1)时的23%增加到高应变速率(1.2×103s-1)时的31.2%;其断裂机制为穿晶型塑性断裂;10MnNiCrMoV钢高应变速率下有增塑效应,主要与位错充分扩展和滑移有关.     

超细晶工业纯钛的变形、应变速率敏感性和激活体积

在温度为250~450 ℃、应变速率为1×10-4-1 s-1的条件下,对超细晶工业纯钛进行变速率压缩实验,计算超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积,并研究超细晶工业纯钛的变形行为。研究结果表明：超细晶工业纯钛在稳态变形阶段存在流变软化效应,这是受变形过程中大角度晶界和位错活动所控制的。超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积在数值上都相对较低,应变速率敏感性随着变形温度的升高而增加,但激活体积独立于变形温度。应变速率敏感性和激活体积的数值表明晶粒内部位错之间的交互作用几乎不发生,而位错与晶界之间的交互作用显著影响超细晶工业纯钛的塑性变形。     

高应变速率下TA1纯钛薄板的J-C本构及失效模型研究

为探究TA1纯钛的动态力学性能,对0.5 mm厚度的TA1纯钛薄板试样进行了准静态以及不同应变速率下的动态拉伸实验,建立了能够真实反映TA1纯钛在高应变速率和较大应变范围内的塑性变形特征的Johnson-Cook(J-C)本构模型,并对原始模型进行了修正;同时,对不同缺口半径的TA1纯钛拉伸试样进行了准静态拉伸实验,建立了基于应力三轴度的失效模型。将建立的J-C本构与失效模型应用于LS-Dyna中进行仿真模拟,并与实验数据对比,验证了模型的有效性与实用性。     

退火温度对超细晶工业纯钛组织和力学性能的影响

采用等通道转角挤压对工业纯钛进行加工,获得了超细晶工业纯钛,并对超细晶工业纯钛在不同温度下进行短时退火,研究了退火温度对超细晶工业纯钛组织和力学性能的影响,研究表明,超细晶工业纯钛经300～400℃低温短时退火后,晶粒尺寸没有明显增大,基面织构增强,强度得到提升,产生退火强化现象,且保持良好塑性。随着退火温度提高,超细晶工业纯钛晶粒发生明显长大,强度逐渐下降。     

真空退火处理对选区激光熔化TA2纯钛显微组织及力学性能的影响

采用选区激光熔化工艺制备了医用TA2纯钛试样,利用光学显微镜、扫描电镜、万能材料试验机和维氏硬度计等分析手段对比分析了真空退火处理对试样显微组织和力学性能的影响,还利用氮氢氧联合测定仪研究了试样中含氧量的变化。结果表明,合适的真空热处理工艺能明显改变纯钛零件显微组织,从马氏体组织向近等轴组织转变;能有效改变制备零件的力学性能,使拉伸强度及屈服强度降低,塑性升高;除此之外,真空热处理还能降低制备零件的含氧量和硬度。经800 ℃真空退火保温1 h后,试样的显微组织为近等轴组织,其各项力学性能均满足GB/T 13810—2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》要求,其抗拉强度为670.3 MPa,屈服强度为609 MPa,断后伸长率为20.3% ,断面收缩率为44.7% 。     

应变率及温度对复合材料TP-650力学性能的影响

分别利用MTS-810试验机、杆-杆型冲击拉伸试验机（SHTB）和Instron-1195高温电子拉伸机对复合材料TP-650进行了准静态、动态及高温拉伸试验分析,研究温度和应变率耦合作用对TiC颗粒增强钛基复合材料TP-650力学性能的影响。研究表明,复合材料TP-650的性能优势可保持到高温,650 ℃时仍具有良好的综合力学性能;室温时,复合材料TP-650具有比基体高的强度和低的韧性;应变率低于1000 s-1时,复合材料TP-650呈现正的应变率敏感性。基于试验结果,利用双曲正弦形式修正的Arrhenius关系建立了TP-650的流变力学模型,给出了模型结果,与试验结果相吻合。     

温度和应变率对低银无铅焊料力学行为的影响

在不同工况下,采用电子万能材料试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对低银无铅焊料Sn0.3Ag0.7Cu分别进行准静态和动态实验,分析了应变率和温度对Sn0.3Ag0.7Cu动态力学性能的影响。结果表明:低银焊料Sn0.3Ag0.7Cu的应力-应变曲线具有温度软化效应与应变率硬化效应。在不同的温度范围内,应变率硬化效应与温度软化效应对低银焊料Sn0.3Ag0.7Cu的塑性变形的影响是不同的。基于Johnson-Cook模型对实验数据进行拟合、修正得到低温和中高温下Sn0.3Ag0.7Cu的动态本构关系,并且与实验数据进行比较,两者在材料的塑性平台区表现出高度的一致性。     

高应变速率对挤压态AZ61镁合金力学行为的影响

采用光学显微镜对挤压态AZ61镁合金的显微组织进行了观察,利用Hopkinson杆杆测试技术对挤压态AZ61镁合金进行了高应变速率冲击拉伸试验,测定了该合金在不同应变速率下的完整动态应力-应变曲线;对该合金在高应变速率下动态应力-应变行为及其应变速率对挤压态AZ61镁合金的屈服行为及其断裂机制的影响进行了分析.结果表明,在整个加载过程中,材料的弹性模量变化很小;在拉伸过程中,该材料表现出明显的屈服点.随着应变速率的增加,材料的抗拉强度相应增大,失稳应变相应减小,但表现出的应变速率强化效应不明显.采用SEM对其断口进行分析,结果表明挤压态AZ61镁合金拉伸断口对应变速率不敏感,表现为以韧性为主伴有少量解理特征的混合断裂.     

TA15应变速率敏感指数对变形温度、应变和应变速率的响应规律

通过TA15多组试样的热物理模拟压缩试验获得了温度1073～1323K、应变速率0.01～10 s-1下的真应力-真应变数据,以此作为计算应变速率敏感指数(m值)的底层材料模型.以一组拟合图和3-D曲面揭示了应力、温度、应变速率和应变量共同作用诱导多种变形机制变化及同时存在将引起应变速率敏感系数m值的剧烈响应.通过m值的正负判断了变形稳定区与失稳区,为建立TA15合金高温变形时的加工图并合理制定锻造工艺,为有效控制及提高构件性能和质量提供了依据.     

应变率对高强度TRIP力学性能的影响

研究了不同应变率(10-4～10-2 s-1)时高强度TRIP钢的力学性能。结果表明,随应变率的增加,抗拉强度与屈服强度总体呈上升趋势,而断裂伸长率及强塑积单调下降。在变形初始阶段(ε0.01),应变率高的实验钢n值较大。随变形量的增加,n值不断下降,且应变率高实验钢的n值下降较快。另得出,应变率越高,初期残余奥氏体向马氏体转变越快。     

Mechanical Behavior of Glidcop Al-15 at High Temperature and Strain Rate

Strain rate and temperature are variables of fundamental importance for the definition of the mechanical behavior of materials. In some elastic-plastic models, the effects, coming from these two quantities, are considered to act independently. This approach should, in some cases, allow to greatly simplify the experimental phase correlated to the parameter identification of the material model. Nevertheless, in several applications, the material is subjected to dynamic load at very high temperature, as, for example, in case of machining operation or high energy deposition on metals. In these cases, to consider the effect of strain rate and temperature decoupled could not be acceptable. In this perspective, in this work, a methodology for testing materials varying both strain rate and temperature was described and applied for the mechanical characterization of Glidcop Al-15, a copper-based composite reinforced with alumina dispersion, often used in nuclear applications. The tests at high strain rate were performed using the Hopkinson Bar setup for the direct tensile tests. The heating of the specimen was performed using an induction coil system and the temperature was controlled on the basis of signals from thermocouples directly welded on the specimen surface. Varying the strain rate, Glidcop Al-15 shows a moderate strain-rate sensitivity at room temperature, while it considerably increases at high temperature: material thermal softening and strain-rate hardening are strongly coupled. The experimental data were fitted using a modified formulation of the Zerilli-Armstrong model able to reproduce this kind of behavior with a good level of accuracy.     

热处理参数对高强度不锈钢低温力学性能的影响

本文采用Charpy低温冲击试验、常温拉伸试验等力学性能试验方法,研究了不同的热处理工艺参数对高强度马氏体沉淀硬化不锈钢的低温力学性能的影响。并采用金相显微镜、扫描电镜等检测仪器,对金相显微组织、断口形貌进行了分析。总结出了不同低温力学性能要求时的热处理工艺参数,保证了低温机械性能的一次合格率,解决了低温应用时的返修问题,为低温离心压缩机用高强度、耐腐蚀、耐低温材料的应用提供了理论依据。     

Effects of Strain Rate and Temperature on Mechanical Property of Nickel-based Superalloy GH3230

对航空发动机用新型镍基高温合金GH3230在不同温度和应变速率下进行了高温拉伸-断裂试验,分析了应变速率和温度对该合金高温力学性能的影响。结果表明,随着应变速率的增加和温度的下降,合金的塑性流动应力有所提高,加工硬化指数下降。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得到应变速率敏感系数是一个独立于温度的常量,并计算出GH3230合金的变形激活能=441 kJ/mol。GH3230合金的热变形温度在1273 K左右时,合金在变形过程中能够充分再结晶,并得到晶粒细小、均匀的组织。SEM断口分析表明GH3230合金在高温下（1144~1273 K）应变率范围为10-3~10-1 s-1时的拉伸断裂都是由损伤引起的韧性断裂,且温度对断口形貌影响不大,但应变速率增大会使韧窝尺寸和深浅变小。     

高温、高应变率下Ti6321合金的力学行为及本构模型

为了研究Ti6321合金在高温、高应变率下的力学行为,采用分离式霍普金森压杆装置对Ti6321合金进行室温(25℃)和高温(200、400、600℃)动态压缩试验,对其在高温和高应变率下的力学性能、应变率敏感性和温度敏感性进行了研究。采用聚类全局优化算法构建了双态组织Ti6321合金在103s-1下的Johnson-Cook本构模型。结果表明,双态组织Ti6321合金在室温和高温下均存在应变率硬化效应,但试验温度对流变应力的影响比应变率的影响更大。随着压缩试验温度升高,流变应力显著降低,温度敏感因子升高。Johnson-Cook模型拟合的曲线与实验曲线吻合良好,可以用于Ti6321合金高应变率下的力学仿真计算。     

应变速率对硅锰系TRIP结构钢力学性能的影响

硅锰系结构钢、采用临界区等温淬火热处理工艺,获得铁素铁、贝氏体和残余奥氏体三相组织。该钢以三种不同应变速率在Ms- Md温度之间形变,应变诱导相变,相变诱发塑性（TRIP）。应变速率越低,相应诱发塑性效果越好。