循环应力作用下TiNi形状记忆合金应力诱发相变行为演变的原位研究

利用马氏体相变有相变潜热释放的性质,通过精确测量TiNi形状记忆合金在不同变形条件下试样温度的变化波形,结合应力应变响应研究了循环应力作用下TiNi形状记忆合金相变行为的演变过程,对循环应力造成形状记忆合金超弹性退化的原因进行了探讨.结果表明:试样的温度变化比普通金属材料高许多,可以用温度法来研究马氏体相变在变形过程中的变化;在应力控制的循环应力作用下,试样内应力诱发马氏体相变量随着循环周次的增加而不断减小,每一周内应力诱发马氏体相变行为也在不断演化,发生应力诱发马氏体相变的临界应力不断减小,而由马氏体弹性变形所携带的应力增加.     

304奥氏体不锈钢热诱发马氏体相变研究

借助X射线衍射技术,研究了304奥氏体不锈钢热诱发马氏体相变倾向.结果表明:C、Mn、Cr和Ni接近标准规范下限,304不锈钢的稳定性急剧下降,致使液氮内冷却后接近1/3的奥氏体转变为α'或ε马氏体,室温拉伸即形成应变诱发ε和α'马氏体,而且较小的室温变形显著增大随后液氮内冷却的热诱发α'马氏体相变倾向,但随室温预应变增大快速形成应变诱发α'马氏体,致使随后在液氮内发生热诱发α'马氏体倾向下降.此外,研究表明ε马氏体的形成及消失与α'马氏体的累积量有关.     

304不锈钢应变诱发α''''马氏体相变及对力学性能的影响

借助于C射线衍射，研究了C、Mn、Cr和Ni含量对304奥氏体不锈钢拉伸力学性能和应变诱发马氏体相变倾向的影响。结果表明：C、Mn、Cr和Ni在允许的成分范围内变化，应变诱发α’马氏体相变倾向差异很大，这导致屈服强度和抗拉强度复杂的变化，尽管应变诱发α’马氏体相变使加工硬化速率提高，相变可以诱发塑性，但相变速率较快，相变倾向较大的钢塑性反而下降，此外，由于室温变形还增大热诱发马氏体相变倾向，从而限制了C、Mn、Cr和Ni下限钢在高精度和低温环境下构件的应用。     

Fe-Mn-Si合金循环变形中马氏体相变和应变疲劳特性

用X射线衍射分析、扫描电镜观察以及应变疲劳试验研究表明,Fe-Mn-Si形状记忆合金在承受正负交变应力作用时,可相应地发生应力诱发γ(←→)ε马氏体相变及其逆相变.Fe-Mn-Si形状记忆合金循环变形过程中的应力诱发γ(←→)ε马氏体相变及其逆相变能降低应力集中,抑制塑性滑移变形,减少疲劳裂纹的形成和扩展,使合金具有较高的应变疲劳强度.其弯曲疲劳断口类呈脆性断裂.Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni试验合金在应变幅值为±1.5%下的应变疲劳寿命达1300次,是U71Mn轨钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢的10倍左右.     

裂纹尖端塑性区对304不锈钢脉冲电流止裂的影响

分别对裂纹尖端附近有塑性区和无塑性区的304不锈钢脉冲电流止裂试样进行了显微观察和纳米压痕试验。结果表明,有裂纹尖端塑性区的304不锈钢,在脉冲电流止裂后,止裂处发生了相变和再结晶,在温度场和应力场共同作用下分别形成了凝固区、细晶区和形变诱发马氏体区;而无裂纹尖端塑性区的304不锈钢,裂纹止裂处只有凝固区。纳米压痕试验表明304不锈钢的疲劳裂纹尖端处具有较大的残余应力,且残余应力随着远离裂纹尖端而迅速衰减;经过脉冲电流止裂后,裂纹尖端形变诱发马氏体的产生导致该处体积膨胀,产生相变应力,增大了裂纹止裂处周边的压应力值,这有利于抑制裂纹的二次扩展。     

冷轧301L奥氏体不锈钢的变形和应变硬化行为

研究了SUS301L和CN301L奥氏体不锈钢HT(high tensile,4/4H)和DLT(deadline tensile,1/4H)两个硬化等级冷轧板材的变形和应变硬化行为及其应变诱发α′马氏体转变.所有301L冷轧板拉伸试样近断口处都发生了85%以上的马氏体相变,轧制变形量增加,室温拉伸应变诱发马氏体转变开始的应变减小,但未增加马氏体转变饱和值.CN301L中C和N的含量高于相同硬化等级的SUS301L,导致它们变形和硬化行为不同.C和N的含量较高,对γ相和α′相的固溶强化效果增强,冷轧奥氏体不锈钢无需发生大量马氏体转变就能达到要求的高屈服强度,保证冷轧板材具有较好的塑性和一定的成型能力;此外,形成的应变诱发马氏体中,C和N的固溶度大,硬化效果增强,流变应力上升快,抗拉强度高;C和N含量较高,还增加奥氏体的稳定性,将拉伸过程中应变诱发马氏体转变推迟到较高应变发生,延长应变硬化行为的第二阶段,增强相变增塑效应.     

18Ni马氏体时效钢的相变超塑性

本文研究了18Ni(2450MPa级)马氏体时效钢的相变超塑性。通过冷变形量、应力以及冷却速度对相变应变影响规律的研究,开发了该合金的相变超塑性成形工艺。当冷变形量为60％时,在最佳工艺条件下,经14cyc γ?α’循环相变,可获得320％的极限延伸率。经TEM观察发现,该合金应力诱发马氏体形态为块状马氏体。     

利用拉伸曲线测定应变诱发马氏体相变能

依据应变诱发马氏体相变材料拉伸曲线的特点,提出了一种应变诱发马氏体相变能Ept的测定方法。并测定了3种材料在弹塑性失稳与应力平台阶段的相变能,结果表明,应变诱发马氏体相变能只与材料成分有关,且随应变量增加分别保持恒定值,随相变能Ept增加,Ms点降低,诱发马氏体的最小应变εph增大。     

304奥氏体不锈钢应变诱发马氏体的研究

用X射线衍射(XRD)、磁针法、力学性能和显微分析研究了商用热轧态和冷轧态304奥氏体不锈钢在不同变形方式下应变诱发马氏体的行为。结果表明:304钢热轧态由于存在多量碳化物和组织不均匀性,其奥氏体稳定性低,拉伸应变诱发马氏体量达40%,冷轧(固溶)态组织均匀、奥氏体稳定性高,拉伸应变诱发马氏体量仅9%;304冷轧板材扩孔、杯突成形时其切向和径向的二向拉应力有助于γ→α’转变,诱发马氏体量(30%～35%)多于单向拉应力的拉伸诱发马氏体量(8%～10%)。对于冷轧304不锈钢,在20%以上拉伸工程应变的驱动下才能较明显地诱发马氏体。304明显的强化效果(△σ达320～400 MPa)来自应变硬化和马氏体相变强化两方面:冷轧304钢的强化主要来自应变硬化本身;热轧304钢的强化不光有应变硬化的贡献,还有应变诱发的多量马氏体的重要贡献,而且后者是主要的。     

装甲钢马氏体相变塑性的实验研究

采用Gleeble热模拟实验机对装甲钢马氏体相变塑性进行了研究。通过对热变形中的热应变、组织应变和弹性应变进行分离,从总应变中分离了相变塑性,并得到了相变塑性的定量关系式,采用Greenwood-Johnson模型得到该种材料的相变塑性系数。分析结果表明,该种材料的相变塑性、组织应变和热应变是引起变形的主要原因,相变塑性与组织应变数值相当,在热处理变形分析中不容忽视;随着温度降低及马氏体体积分数增大,相变塑性迅速增大,马氏体体积分数达到0.8后,相变塑性基本保持不变;随着施加应力的增加,相变塑性逐渐增大,相变塑性与施加应力呈线性关系。文章研究结果不仅为该种材料热处理、焊接过程形状畸变和残余应力研究提供基础,还为该材料复杂热力学行为研究提供参考。     

EXPERMENTAL STUDY ON TRANSFORMATION RATCHETING OF SUPERELASTIC NITI ALLOY

超弹性NiTi合金在应力控制循环载荷下会产生峰值应变和谷值应变的循环 累积-相变棘轮行为. 室温实验表明, 峰值应变和谷值应变的演化规 律与加载应力水平和加载波形密切相关; 同时, 在循环加载过程中, 随着 循环周次的增加, 奥氏体名义弹性模量减小, 马氏体名义弹性模量增大, 奥 氏体向马氏体转变的名义开始应力下降, 耗散能降低, 并在一定的循环次数 下趋于一个稳定值. 研究得到了一些有助于后续建立超弹性循环本构模型 的结论.     

室温下20钢高周次单轴棘轮行为的实验研究

通过对20钢的单轴应变控制循环和应力控制循环实验研究, 揭示了20钢在室温下的循环变形特性, 讨论了材料的循环软/硬化特性和材料的屈服平台以及平均应力、应力幅值和应力比对材料高周次棘轮行为的影响. 研究表明: 20钢表现出弱的、与应变幅值相关的循环硬化特性; 其棘轮行为依赖于平均应力、应力幅值和应力比的大小, 在高应力水平时的高周次循环后期, 棘轮变形会出现<再次增长的现象; 材料的屈服平台对棘轮行为有明显的影响, 在对20钢的棘轮行为进行本构描述时需要加以合理考虑.     

Ratcheting Behavior of a Non-conventional Stainless Steel and Associated Microstructural Variations

Ratcheting fatigue behavior of a non-conventional stainless steel X12CrMnNiN17-7-5 has been investigated with varying combinations of mean stress (σ_m) and stress amplitude (σ_a) at room temperature using a servo-hydraulic universal testing machine. X-ray diffraction profile analysis has been carried out for assessing possible martensitic phase transformation in the steel subjected to ratcheting deformation. The results indicate that ratcheting strain as well as volume fraction of martensite increases with increasing σ_m and/or σ_a; the phenomenon of strain accumulation is considered to be governed by the associated mechanics of cyclic loading, increased plastic damage as well as martensitic transformation. A correlation between strain produced by ratcheting deformation and martensitic transformation has been established.     

Experimental investigation of plastic deformation of stainless steel for cyclic loading at low temperature

Cyclic plastic deformation of stainless steel SUS 304 is experimentally investigated at low temperature of liquid nitrogen (77 K) under various cyclic loading conditions Thin walled tubular specimens are subjected to cyclic loading under constant strain ranges. At low temperature, the material shows remarkable hardening by cyclic loading comparing with cyclic loading at room temperature. The hysteresis curves of stress-strain relations by cyclic loading are saturated by increasing the cycle numbers. The saturation tendency depends on loading direction. The saturated stress values are related with cumulative plastic strain of cyclic loading. The prestraining is given at 77 K by axial and torsional loadings, and subsequent cyclic loading under constant strain range is conducted at 77 K. The cyclic stress-strain curves are saturated by increasing cyclic numbers. At small cyclic numbers, cyclic plastic deformation depends on the prestrain direction. The directional effect of pre-strain on cyclic loading becomes small with increasing number of cycles.     

SS304不锈钢在室温单轴循环加载下的时相关棘轮行为

对SS304不锈钢在室温单轴循环加载下的时相关棘轮行为和时相关应变循环特性进行了实验研究．讨论了材料在不同加载速率、不同保持时间和不同加载波形下的循环软／硬化行为和棘轮行为特征．结果表明：即使在室温下,SS304不锈钢也表现出明显的时相关效应;材料的循环变形行为,特别是棘轮行为明显地依赖于加载速率和保持时间以及加载波形的形状．研究得到了一些有助于时相关循环变形行为本构描述的结论．     

45碳钢低周疲劳与应力循环棘轮失效的实验研究

对调质处理的45碳素结构钢进行了应变循环低周疲劳实验以及应力控制棘轮失效实验．对于前者进行了带平均应变和不带平均应变的实验，以研究平均应变对低周疲劳特性的影响；对于后者研究了平均应力和应力幅值对棘轮失效的影响．应变循环实验表明：平均应变对循环饱和行为以及低周疲劳循环失效圈数并没有明显的影响，但对材料的循环初期循环塑性行为有影响．棘轮失效实验结果表明：当应力幅值较大而平均应力较小时，材料的棘轮失效主要归于较大塑性应变幅值引起的低周疲劳破坏；当平均应力较大而应力幅值相对较小时，材料的棘轮失效主要归于较大的棘轮应变引起的材料韧性破坏，其失效准则可以用最大单调极限应变来表征．     

低应力／应变幅控制的对称拉压疲劳对Ti—49.6Ni合金相变行为的影响

采用电阻法研究了TiNi形状记忆合金在对称拉压应力或应变疲劳条件下的相变行为,结果表明,经过低应力/应变疲劳,材料发生R相变,试样的相变温度变得稳定,马氏体相变温度Ms和逆相变温度As低于未疲劳试样,随着循环次数的增加,应变疲劳后材料的Ms点、As点与循环次数无明显关系,材料具有良好的相变稳定性。     

THE STRAIN CYCLIC CHARACTERISTICS AND RATCHETING OF U71Mn RAIL STEEL UNDER UNIAXIAL LOADING

1.IntroductionTherailoftenenduresacomplicatecyclingload,whichismainlyasymmetricalstresscyding.Undertheasymmetricalstresscycling,acycliccreepwilltakeplaceinthema-terial.Theaccumulatedplasticstrainproducedduringthecyclicdeformationiscalledratcheingstrain.Inrecentyear8,thestudieshaverevealedtheratchetingbehaviorsofsomestructuremetalsI1-3j.Thestraincyclicbehaviorisalsoanimportanbehaviorofmaterialsubjectedtocyclingload.Somestraincyclicbehaviors,suchascyclichardeningandcyclicsofteulnghavesignifica…     

析出相形态对Ni-Ti形状记忆合金力学性能的影响

对室温奥氏体相NiTi形状记忆合金进行热处理,在300和500℃时效温度下,分别获得具有粒状和针状Ni4Ti3析出相的组织特征,对两种组织的合金进行准静态和动态力学性能研究,对比分析析出相形态对奥氏体NiTi形状记忆合金静动态力学行为的影响规律。结果表明,准静态拉伸加载下,随应变率的提高,两种组织的应力诱发马氏体相变过程均呈现明显的应变率效应,对比分析发现,针状组织的NiTi合金发生应力诱发马氏体相变的初始应力值低,材料塑性好,抗拉强度高;准静态压缩加载时,两种组织的力学性能相近;动态压缩加载时,针状组织的动态压缩屈服强度显著高于粒状组织,但是由于粒状组织马氏体塑性变形阶段表现出更强的应变硬化效应,导致二者的动态抗压强度值相近。论文对相关机理进行了讨论和分析。