核电用高温合金Inconel 617B高温变形本构模型

传统的Arrhenius本构模型因对流变应力的预测精度较低而存在局限性。通过应变量补偿构建高温合金Inconel 617B的唯象型本构模型,同时构建合金的BP人工神经网络（Back propagation-artificial neural network,BP-ANN）型本构模型。结果表明：合金的流变应力对变形温度、变形速率和应变量较为敏感。唯象型本构模型预测流变应力的相对误差δ为9.020%,相关系数R为0.981 4;而BP-ANN型本构模型（最佳结构确定为3×20×1）预测结果的相对误差仅为1.527%,R达到0.998 9,可更加准确地预测Inconel 617B的流变应力。说明BP-ANN构建本构模型可提高预测精度,更为合理地描述Inconel 617B高温合金的流变应力与变形参数间的本构关系。     

304、316不锈钢和Inconel 617镍基合金在硝酸熔盐中的腐蚀行为

将304、316不锈钢和Inconel 617镍基合金在565℃硝酸熔盐(60%NaNO_3+40%KNO_3,质量分数)中进行长时静态腐蚀试验,对比研究了3种材料的腐蚀动力学曲线以及表面腐蚀形貌、物相组成和微区成分。结果表明:3种材料均发生了氧化腐蚀,其中304和316不锈钢具有抛物线型的腐蚀动力学特征,而Inconel 617镍基合金在短暂质量增加之后出现了明显的腐蚀质量损失现象;Inconel 617镍基合金的耐腐蚀性能最好,304不锈钢的最差;在腐蚀初期,304、316不锈钢表面均形成了针状和片状腐蚀产物,随着腐蚀时间的延长,腐蚀产物转变为尖晶石结构,Inconel 617镍基合金表面的腐蚀产物呈颗粒状,随着腐蚀时间的延长,部分颗粒变大;304和316不锈钢表面均形成了以Fe_2O_3和(Fe,Cr)_3O_4为主的腐蚀产物层,Inconel 617镍基合金表面则形成了以NiO和CoO为主的腐蚀产物层。     

617镍基合金蠕变-疲劳交互力学行为与微观组织演变

对先进超超临界汽轮机转子侯选材料617镍基合金进行725℃不同拉伸应变保持时间的蠕变-疲劳交互试验,对4个应变保持时间下的试样力学行为和微观组织进行比较分析。结果表明,在短时间应变保持下的蠕变-疲劳失效机制是疲劳裂纹和氧化空洞及氧化晶界的连接贯通引发的沿晶破坏;随着应变保持时间增加,晶界抗氧化性和晶界及晶内强度提高,合金抵抗蠕变和裂纹扩展的能力增强;失效循环次数降低,但总运行时间增加。对不同应变保持时间的裂纹形态、组织缺陷、碳化物和析出相的演变以及不同形态的γ’相的形成机制进行了讨论,揭示了617镍基合金蠕变-疲劳交互力学行为与组织演变的相互影响机理,为先进超超临界汽轮机机组高温部件选材和使用提供参考。     

AZ31B镁合金在不同温度下的微动磨损行为

采用球/平面接触方式在自制的试验设备上对AZ31B镁合金进行切向微动磨损试验,研究了AZ31B镁合金在20,100,200,300℃下的微动磨损行为,并分析了其磨损机制和摩擦氧化作用。结果表明:在不同试验温度下,镁合金的微动主要通过滑移来实现;随着试验温度的升高,上升阶段时的摩擦因数增大,摩擦因数到达峰值和稳定阶段所需的循环次数减小;随着试验温度的升高,AZ31B镁合金的磨损体积和摩擦副的总磨损体积均先减小后增大,200℃时,AZ31B镁合金的磨损体积最小;在微动磨损过程中,AZ31B镁合金磨痕表面的摩擦氧化起主导作用;当试验温度低于200℃时,AZ31B镁合金磨痕表面形成了铁的氧化物转移膜,磨损体积随试验温度的升高而减小,但在300℃时,铁的氧化物转移膜被破坏,磨损体积增大。     

Inconel690合金的高温拉伸变形行为

采用Gleeble-3800型热模拟试验机,研究了Incone1690镍基合金在1000-1250℃、应变速率为0．1～10s1条件下的高温拉伸变形行为,获得了流变应力和断裂特征随变形温度和应变速率的变化规律。结果表明：该合金在高温拉伸变形中的流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大,1100-1250℃...     

超临界二氧化碳去污容器力学分析

针对核设施去污设计了超临界二氧化碳去污试验系统,根据去污工艺开展了耐酸碱和耐高压去污容器结构设计,建立了去污容器三维模型和有限元模型。通过有限元分析获得了去污容器应力分布,找到了受力最大位置。通过容器壁厚和内腔过渡圆角半径对容器应力的影响关系分析,为确定结构参数提供了依据。水压试验和去污试验结果表明,该去污容器结构强度和系统匹配性均满足要求。     

超超临界机组中压调门Inconel783合金螺栓断裂的原因

某超超临界机组中压调门Inconel783合金螺栓在高温高压条件下服役时发生断裂。采用宏观检查、显微组织分析、力学性能测试以及物相分析等方法研究了螺栓的断裂原因。结果表明:该螺栓断裂性质为应力加速晶界氧化脆性断裂。螺栓热处理不当导致奥氏体晶界不连续,未生成连续的β-AlNi相;当在高温高应力环境下服役时,氧在应力的作用下沿晶界快速扩散,导致晶界脆化而萌生沿晶裂纹,裂纹扩展导致螺栓断裂。     

电子束精炼Inconel718合金的高温氧化行为

对真空感应熔炼的Inconel718合金进行了电子束精炼,在900,1 000℃空气中对电子束精炼前后的合金进行了恒温氧化试验,对比分析了其高温氧化行为。结果表明:电子束精炼后,合金在900℃氧化120h后的平均氧化速率为0.366 20g·m~(-2)·h~(-1),低于精炼前的,氧化激活能为280.90kJ·mol~(-1),高于精炼前的;900℃和1 000℃氧化120h后,电子束精炼合金氧化膜的外层由Cr_2O_3和TiO_2组成,中间层主要含有Cr_2O_3以及少量的TiO_2和NiCr_2O_4尖晶石,内层主要含有Al_2O_3;电子束精炼合金中微量杂质元素的含量较低且均匀分布,晶粒尺寸较大,合金的抗氧化性能较好。     

形状记忆合金的力学行为

较扼要地叙述了弹性马氏体转变的特征,并指出温度和应力对弹性马氏体转变的影响是等效的,只有综合考虑这两个参数的影响,才有可能预料到转变的倾向性及其所表现的力学行为。论述了形状记忆合金在不同温度的应力—应变曲线特点,并讨论了冶金因素对几个重要力学参数的影响。     

碳纳米管的力学行为

着重对纳米材料中很重要和亟待研究与应用的材料之一－－碳纳米管的力学行为以及与之相关的实验和性质进行了综述。从碳纳米管的结构、实验、应用等几个方面,通过对以往的各类实验进行总结,着重评述了纳米管的一些奇异的力学行为。总结了一些实验结果以及相关的碳纳米管的力学性能;根据对碳纳米管结构的分析,阐述了奇异性能产生的原因;通过分子动力学模拟,对碳纳米管的一些力学和电学性质进行分析;简要的总结了碳纳米管的一些力学方面的应用以及前景。     

700℃超超临界转子用617基合金镦粗工艺研究

对617基合金覫375 mm吨级电渣锭镦粗工艺开展研究,通过对铸态试料进行高温拉伸、Gleeble压缩,以及对覫60 mm×100 mm试样进行等比例锭模拟镦粗等试验,对617基合金的高温强度及塑性、锻造完整性、流变状况及动态再结晶行为等进行分析,确定617基合金开坯锻造温度区间应为950~1 180℃,变形速率应为0.01~0.1 s-1。通过包覆保温棉解决了617基合金可锻温区狭窄的问题,通过数值模拟预测覫375 mm电渣锭在1 180℃出炉镦粗时所需最大压机吨位约为3 000 t,并在实际生产中得到验证。通过试验证明模拟镦粗件进行1 180℃×2 h再结晶热处理能够得到较均匀的等轴晶组织,有利于下一火次的锻造工艺。试验结果表明,实际操作中需要多火次镦拔才能实现617基合金微观组织的均匀化。     

6013-T4铝合金在不同温度和应变速率下的动态力学行为及数值模拟

采用分离式霍普金森压杆装置对6013-T4铝合金在不同温度(25,200,300℃)和应变速率(1 000,2 000,3 000,4 000,5 000s-1)下进行了动态压缩试验,研究了该铝合金在冲击载荷作用下的动态力学行为,并采用试验拟合得到的Johnson-Cook本构方程,对动态冲击试验进行了数值模拟。结果表明:6013-T4铝合金具有明显的应变速率和应变硬化效应,动态流变应力随变形温度的升高而减小;室温下合金的屈服强度对应变速率不敏感,但随变形温度的升高,屈服强度的应变速率敏感性增强;基于室温准静态与不同温度和应变速率下的动态真应力-真应变曲线,确定了铝合金的Johnson-Cook本构方程;不同温度和应变速率下真应力-真应变曲线的数值模拟结果与本构方程拟合和试验结果均吻合的较好。     

Inconel690合金圆管挤压变形行为无网格法研究

针对Inconel690镍基高温合金圆管挤压变形过程,推导建立圆柱坐标系下无网格伽辽金(Element-free Galerkin,EFG)法的求解模型并编制软件程序,采用Gleeble-1500热模拟机试验建立Inconel690的本构模型,实现了对于Inconel690镍基高温合金圆管挤压变形行为的数值模拟。所开发的EFG方法,采用罚函数法施加本质边界条件,利用反正切摩擦模型计算边界摩擦力,应用Newton-Raphson迭代方法求解刚度方程。为了验证所建EFG方法及软件,通过多次随机选取变形区内若干节点,提取其速度场、等效应变速率和等效应力的计算值,并与相同工况下的DEFORM有限元计算结果进行对比,最大的相对差不大于8%;将仿真计算得到的稳态挤压力与某工厂同样工况条件下的挤压力实测值相比较,最大的相对差小于7%。运用所建立的EFG方法求解模型和软件,仿真研究Inconel690高温合金圆管挤压过程,求得稳态挤压力、速度场、等效应变速率场以及等效应力场,分析获得塑性变形区内金属变形规律;并以某工厂的挤压机为对象,以挤压力最小为优化目标,借助正交试验法设计模拟计算工况,得到了较优的挤压工艺参数。     

热变形条件下金属的力学行为与组织变化

本世纪五十年代就已知道,适当控制热变形及其后的冷却能获得优异的组织与性能。但至今热变形仍主要作为成形手段,而未作为组织与性能的控制手段加以利用。控制热变形及冷却在获得优异性能及节约能源方面的潜力受到工业忽视,恰恰后者相当大程度决定了一种材料实施这一工艺的可能性及产品质量(包括组织、性能及尺寸的精确度等)的稳定性。从六十年代末开始,这一课题获得了重要的进展。热变形条件下的力学行为指的是不同变形温度及应变速率下的流变曲线,利用这一资料可以估算轧制     

基于挤压模式下磁流变液力学行为的实验研究

对磁流变液在不同直流电流作用下的准静态挤压过程进行了实验研究.建立了用于测试磁流变液挤压模式下力学特性的实验装置,并通过ANSYS/Multiphysics对此实验装置磁路的磁感应强度分布进行了仿真分析.测试了压应力和压缩弹性模量各自随压应变的变化曲线.实验结果表明:压应力与压应变、外加电流大小和磁流变液本身的性能都有密切的关系.压应力与压应变、压缩弹性模量与压应变的曲线可以划分为3个不同的区域.在第1区域压应变小于0.025时,压应力和压缩弹性模量随压应变的增加而迅速增加;在第2区域压应力与压应变的曲线斜率近乎为零,而压缩弹性模量却随压应变的增大而下降,在压应变约为0.15时降到最低.随后在压应变大于0.15时压应力和压缩弹性模量与压应变显示为指数关系.     

复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒力学行为研究

为研究复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒的力学行为,基于Drucker-Prager屈服准则构建出煤岩材料的本构模型。通过对螺旋滚筒截割过程进行了数值模拟,得到了煤岩体的应力分布、截齿以及螺旋滚筒的受力变化规律。在0°～12°范围内,随着倾斜角的增加,截齿受力均值增大了30.9%。牵引速度增大使得与截齿接触的煤岩体所积聚的弹性能量和脆性增加,煤、岩体应力最大增幅分别为40.1%和9.3%;螺旋滚筒转速降低使得与截齿接触的煤岩体应力有所降低,煤、岩体应力最大降幅分别为27.0%和7.5%。牵引速度增大及螺旋滚筒转速的降低使得三向力中牵引阻力的增幅最大,其最大增幅为91.73%。螺旋滚筒载荷大小及波动随截割对象性质不同而出现明显的变化。     

不同温度下MoSi2的高温磨损行为研究

采用XP-5型高温摩擦磨损试验机考察了MoSi2/Al2O3配对副在700～1100℃间的摩擦学性能.利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察与分析了MoSi2的磨损表面与相组成.结果表明:MoSi2/Al2O3摩擦副低于900℃时摩擦因数随温度升高而增加,MoSi2的磨损率较低,氧化与粘着磨损是MoSi2的主要磨损形式;高于900℃时摩擦因数略有下降,但基本维持在0.6～0.8之间, MoSi2的磨损率却显著增加,这是由于塑脆转变特性的影响,MoSi2磨损表面还发生磨粒磨损、变形与断裂,粘着和氧化磨损加剧;偶件Al2O3的磨损形式为粘着磨损.     

碳纳米管力学行为研究的新进展

详细介绍了碳纳米管的独特结构、性能及其在力学方面的应用,并从试验研究与计算仿真两个方面较全面的综述了国内外学者在该领域的研究现状及最新研究方法。综述结果表明:碳纳米管力学行为的试验与仿真研究主要表现在采用不同的试验方法与势函数对其弹性模量、抗剪强度、抗拉强度等参数进行测试与计算仿真,分析了这些方法用于研究碳纳米管力学行为的优缺点。从分析中可得出:采用合理的描述C-C共价键的势函数对碳纳米管的力学行为进行分子动力学仿真,是一种易于实现并行之有效的方法。     

冲击作用力学行为研究

本文对冲击作用的力学行为进行了一系列研究,是进行冲击消应力研究的基础。基于弹塑性理论对焊接应力应变场进行了模拟分析,在接触理论的基础上,采用接触单元技术建立冲击-接触问题的有限元模型,计算分析冲击接触的力学行为与锤击效果。