振动时效机理研究

分析了残余应力的产生及常规消除残余应力方法的机理,研究了在循环应力下材料塑性变形特征,以及频加载率和应力集中对材料塑性变形的影响.结果表明,振动时效是在材料的弹性范围内发生的微塑性变形,微塑性变形只在材料的部分晶粒内发生,在亚晶粒内部形成位错带,亚晶界发生旋转形成"晶粒",亚晶界的位错开通,形成一个个微观屈服小区,晶格扭曲减少,从而使工件中的残余应力峰值降低并得到均布.     

电流脉冲对45碳钢试样位错密度和残余应力的影响

研究了电流脉冲对淬火45碳钢试样位错密度和表面残余应力的影响。根据XRD图谱,采用Modified Williamson-Hall(MWH)方法计算位错密度,进一步结合微观组织结构,分析了位错密度和残余应力的关系。结果表明,电流脉冲处理前后,位错密度由1.21×1015m-2变为0.80×1015m-2,表面残余应力σx由-250 MPa降低到-142 MPa,σy由-363 MPa降低到-172 MPa。与热处理相比,电流脉冲处理的试样位错密度和残余应力的降低率都比较大,表明电流脉冲除了产生热作用外,还产生了非热作用。位错密度和残余应力存在一定关系,符合Kocks-Mecking模型。电流脉冲处理过程中,位错激活运动,导致位错湮灭,位错密度降低,是残余应力降低的主要因素。     

低功率激光辐照对弯曲成形件表面残余应力的影响

目的 针对航空铝合金构件维修加工后存在残余拉应力,进而影响部件使用寿命的难题,研究一种基于低能量输入激光辐照消减构件表面残余应力的方法.方法 采用激光辐照材料残余应力集中区域,通过激光热作用诱导弹性内能转化为塑性功,从而降低残余应力.为了验证该方法的可行性,对2A12铝合金试样进行四点弯曲加载,通过不均匀塑性变形产生残余应力,再通过激光扫描应力集中区域诱导表面残余应力局部释放.结果 采用X射线衍射法测量表面残余应力的结果表明,激光扫描后,试样表面的残余拉应力完全消除,当激光功率增大到95 W时,残余应力可以消除77％左右.通过理论分析和微观形貌对比,发现材料在激光辐照前后并没有相变.通过分析材料Al(311)晶面X射线衍射峰半高宽的变化,发现激光辐照使材料表面位错密度下降,随着激光功率增大,位错密度下降幅度增大,这也是残余应力降低的原因之一.结论 在不改变材料微观组织的前提下,采用低功率激光辐照可以显著降低材料表面残余应力分布.     

不同时效态7050铝合金时效成形中析出相对应力松弛行为的影响

铝合金时效成形方法结合了合金的蠕变松弛和析出强化作用,作为一种先进的整体壁板制造技术倍受航空制造业青睐。7xxx系铝合金在时效成形过程中的应力松弛行为受到合金内析出相与位错蠕变交互作用的影响从而制约着成形后零件质量与性能。本文采用设计的应力松弛试验研究了不同时效态(固溶态,欠时效态和峰时效态)7050铝合金内析出相对时效成形过程中应力松弛行为的影响,并通过位错热激活动力学参数计算和显微组织表征分析析出相与位错运动的交互作用。结果表明时效成形过程中析出相对位错热激活运动有明显地阻碍作用,因此含有不同尺度析出相铝合金的应力松弛行为表现不同,随着析出相尺度的增加合金应力松弛速率减缓,应力松弛极限增大。不同时效态7050铝合金位错激活体积计算和显微组织表征结果都证明了应力松弛过程中析出相增大对位错运动的阻碍作用也越显著。峰时效态7050铝合金的位错激活体积最大,时效成形后塑性应变的转化率最低。此外,时效成形过程中,7050铝合金内析出相对位错热激活的阻碍作用引起了槛应力现象,且随着析出相的增大槛应力也逐渐增大。     

Zr-4合金应力松弛过程中的热激活变形与动态应变时效

采用应力松弛实验研究了Zr-4合金的热激活变形与动态应变时效现象.结果表明,合金在应力松弛过程中的塑性变形速率随松弛时间的增加而减小,塑性变形速率和松弛结束时的应力降低比率在623 K附近都会出现最小值.对位错运动的激活体积分析发现,锫合金中位错运动的速率控制机制是位错克服溶质原子的障碍,动态应变时效会导致位错运动的激活体积增大,623 K附近动态应变时效最为显著,位错密度会对合金的动态应变时效产生影响.     

THERMALLY ACTIVATED DEFORMATION AND DYNAMIC STRAIN AGING OF Zr–4 ALLOY DURING STRESS RELAXATION

采用应力松弛实验研究了Zr--4合金的热激活变形与动态应变时效现象. 结果表明, 合金在应力松弛过程中的塑性变形速率随松 弛时间的增加而减小, 塑性变形速率和松弛结束时的应力降低比率在623 K附近都会出现最小值. 对位错运动的激活体积分析发现, 锆合金中位错运动的速率控制机制是位错克服溶质原子的障碍, 动态应变时效会导致位错运动的激活体积增大, 623 K附近动态应变时效最为显著, 位错密度会对合金的动态应变时效产生影响.     

超声振动条件下AZ31B镁合金本构关系

通过理论、实验和模拟相结合的方法,探究超声振动在AZ31B镁合金塑性成形中的"体积效应"影响规律及作用机理。首先基于非局部理论建立了超声振动AZ31B镁合金的应力叠加模型并通过模拟进行了验证,然后基于热激活理论和位错演化理论,建立AZ31B镁合金在超声振动条件下的声塑性模型,并结合实验验证了模型的准确性。结果表明:应力叠加效应导致的应力下降值与超声振动振幅参数正相关。引入超声振动产生的应力下降值可以通过应力叠加效应模型和声塑性效应模型刻画。应力叠加效应导致材料的平均流动应力发生振荡而下降;声软化效应指位错吸收超声能量克服钉扎效应,从而利于材料塑性变形;声残余硬化效应主要体现在高超声能量导致材料位错密度大量增殖,位错在晶界处塞积、堆垛形成位错墙,阻碍塑性流动,导致材料出现残余硬化。     

降低冷轧取向硅钢残余应力和位错密度的磁-热耦合工艺

为了得到一种高效去除冷轧取向硅钢残余应力的工艺,制定了低温、低强度脉冲磁场的短时磁-热耦合处理试验方案,分别利用X射线残余应力仪和XRD测定了不同工艺处理前后取向硅钢的残余应力和位错密度。结果表明,采用低温、低强度脉冲磁场的短时磁-热耦合处理可以有效降低冷轧取向硅钢的残余应力和位错密度,当采用处理时间为3 min、处理温度为400 ℃、峰值电流为180 A的磁-热耦合工艺时,可取得最佳处理效果,残余应力降幅为55.5%,比单纯只施加低温热场或低强度脉冲磁场的处理效果优异。宏观残余应力的降低与位错密度具有紧密的联系,两者变化规律基本一致。短时、低温、低脉冲磁场强度磁-热耦合处理去除残余应力的微观机制是脉冲磁场和温度场耦合作用下进一步提高材料内部位错运动,实现了局部回复,达到位错密度和残余应力减小的目的。     

超声波消除铝合金焊接残余应力微观机制研究

介绍了传统消除残余应力方法的不足,从微观位错的角度阐述了超声波消除焊接残余应力的机制,利用透射电子显微镜观察冲击前后焊缝材料内部晶粒的滑移和位错,采用X射线积分法检测冲击前后的焊接残余应力,并对其进行分析。验证了超声波冲击后,焊缝材料内部晶粒实现了从高能位向低能位的运动,达到了释放残余应力的目的。     

喷丸件的残余应力松弛与位错亚结构变化

本文研究了钢件喷丸强化后在温度，载荷及两者交互作用下表面残余应力和半高宽的变化规律及对应的位错亚结构特征，认为残余应力松弛可能更多地与位错密度的变化有关，而表征微观应变不均匀性的半高宽则主要受位错组态影响。     

振动时效在卷筒体焊后消应力中的应用

对卷筒体进行了振动时效处理。在振动时效前后通过对卷筒体进行盲孔法残余应力的对比测量,以及振动过程中对振动动应力的测量,全面、定量地了解振动时效工艺过程的应力状况、残余应力的变化及最终的应力状况。试验结果表明振动时效可以有效的消除卷筒体的残余应力,且不会影响筒体的疲劳寿命。     

不同条件下的振动焊接残余应力

设计不同振动焊接参数下平板表面堆焊试验,研究焊接热输入、振动加速度对焊接残余应力的影响,并对焊缝进行TEM观察.结果表明,在较小焊接热输入(22.8kJ/cm)时,残余应力随着振动加速度的增大而减小,且趋势明显;在中等焊接热输入(26.6 kJ/cm)时,残余应力在10 m/s2的振动加速度下残余应力最小;而对于较大焊接热输入(31.6 kJ/cm),残余应力在加速度为15 m/s2时有明显下降.残余最大主应力的方向较接近于平行于焊缝方向.采用15 m/s2振动加速度时,残余横向应力和残余最小主应力在三种热输入下较常规焊接时的应力降低幅度均超过30%,振动降低残余应力的效果明显.对不同条件下焊缝组织的微观结构分析显示,在一定热输入条件下,振动降低了位错密度.     

焊接结构的振动时效工艺分析与优化

从振动时效的机制入手,阐述了振动效果评价与最佳工艺参数选择是焊接构件振动时效技术的关键。从理论与试验相结合的角度,研究了激振频率、激振力、振动时间对振动时效的影响,优化了盲孔检测法,并针对1Cr18Ni9Ti、5A06、20等3种常见材料的焊接构件进行了试验研究。试验结果表明:1Cr18Ni9Ti、5A06、20焊接试板的应力消除率分别达到98.8%、45.3%、44.1%,验证了工艺参数选择的正确性,进一步表明振动时效优于热时效。     

Understanding of Vibration Stress Relief with Computation Modeling

A finite element model was developed to predict weld residual stress and simulate the vibratory stress relief. Both resonant and nonresonant vibration stress relief were studied to better understand the mechanism of vibration stress relief. The effect of process parameters, vibration amplitude and frequency, of vibration stress relief on weld residual stress reduction was investigated with the developed model. It was found that both resonant and nonresonant vibration stress relief can relieve weld residual stresses. For the nonresonant vibration, the stress reduction strongly depends on the vibration’s amplitude. For the resonant vibration, the vibration’s frequency is essential to stress relief. The vibration’s frequency should be close to the structure’s natural frequency for the desired vibration mode.     

振动消除宏观残余应力的机理研究

振动消除宏观残余应力的机理目前在国内外尚未明确．根据大量的文献资料及柴油机机体振动消除残余应力的测试结果,提出了宏观残余应力平衡机理及振动消除残余应力的机理,并对振动消除残余应力作了动力学分析,认为振动时残余应力的释放与振动时间呈现指数关系,这一结果得到了试验的证实。     

A dislocation dynamics analysis of the critical cross-slip annihilation distance and the cyclic saturation stress in fcc single crystals at different temperatures

Cross-slip is treated as a deterministic, mechanically activated process governed by the applied stress, by the interaction force between approaching screw dislocations of the opposite sign and by the line tension related to the persistent slip band channel width. The dislocations are modeled as moving polygons. In the evaluation of the critical cross-slip annihilation distance and the saturation stress in cycling, we accept two assumptions inspired by Brown [Brown L. Philos Mag A 2002;82:1691]: (i) the critical parameter associated with cross-slip is the spreading of the dislocation loop on the cross-slip plane, not the critical formation of a constriction in an extended screw dislocation core. (ii) The saturation stress in cycling is controlled by the stress required to separate two screw dislocations of opposite signs which are just on the point of mutual annihilation by cross-slip. The proposed model predicts the critical annihilation distance and the cyclic saturation stress in agreement with the available experimental data for Cu, Ni and Ag single crystals.     

振动埋弧焊工艺

振动埋弧焊工艺是一种在焊接过程中通过给焊件施加振动来改善焊接性能的新工艺.介绍了在西气东输阀门焊接中运用振动埋弧焊进行厚板焊接的试验,就残余应力、焊接变形、金相三个方面对常规埋弧焊和振动埋弧焊工艺进行比较,对振动埋弧焊工艺进行初步探讨.试验结果表明,振动埋弧焊工艺能有效地降低焊接残余应力和变形,并细化晶粒.