工业纯钛TA2中低温蠕变特征研究

工业纯钛TA2中低温蠕变行为存在显著的温度及应力相关性。基于外加应力水平和蠕变应变的变化关系,确定不同蠕变温度下的门槛应力水平。根据短时蠕变实验数据,利用包含稳态蠕变速率的本构方程外推稳态蠕变速率,而后进行两组相对长时的蠕变实验,证明了工业纯钛中低温蠕变是存在稳态蠕变阶段的。利用稳态蠕变速率与应力关系,计算出工业纯钛室温蠕变应力指数为6.96,也说明了外推稳态蠕变速率的可靠性。由中低温蠕变激活能随着蠕变进行变化不大（≈60KJ/mol）,且一直大于以位错为变形主导机制的变形激活能（30-40KJ/mol）,表明孪晶对于工业纯钛中低温蠕变发展整个阶段均起重要作用。根据蠕变后试样孪晶结构随温度的变化解释了TA2蠕变行为的温度相关性,同时也证明了孪晶对于TA2蠕变行为的重要性.     

工业纯钛在中低温下的Fields-Backofen和改进型Johnson-Cook方程（英文）

通过单轴拉伸试验研究工业纯钛在283~573 K下应变速率范围为0.000 05~0.005 s~(-1)的流动应力行为,确定工业纯钛应变速率敏感性及应变强化指数随温度的定量变化。结果表明:工业纯钛的应变速率敏感性在283~423 K不显著,应变强化指数在353~573 K随温度变化而增加。基于温度变化的修正型Fields-Backofen方程,建立了能够描述工业纯钛塑性流动应力行为的数学模型。同时,考虑应变、应变速率及温度之间的相互作用,对传统的Johnson-Cook方程进行改进。与传统的Johnson-Cook方程相比,改进型的Johnson-Cook方程与实验结果吻合更好,证明改进型Johnson-Cook方程预测工业纯钛塑性流动应力的精确性。     

工业纯钛在中低温下的Fields–Backofen和改进型Johnson-Cook方程

通过单轴拉伸试验研究工业纯钛在283K至573K下应变速率范围为0.00005s_-1~0.005s_-1的流动应力行为。基于Fields–Backofen 方程,确定工业纯钛应变速率敏感性及应变强化指数随温度的定量变化。结果表明：工业纯钛的应变速率敏感性在283K-423K不显著,应变强化指数在353K-573K随温度变化而增加。基于温度变化的修正型Fields–Backofen 方程,建立了能够描述工业纯钛塑性流动应力行为的数学模型。同时,考虑应变、应变速率及温度之间的相互作用,对传统的Johnson-Cook 方程进行改进。与传统的Johnson-Cook 方程相比,改进型的Johnson-Cook 方程与实验结果吻合更好,证明改进型Johnson-Cook 方程预测工业纯钛塑性流动应力的精确性。     

工业纯钛TA2中低温蠕变特征研究（英文）

工业纯钛TA2中低温蠕变行为存在显著的温度及应力相关性。基于外加应力水平和蠕变应变的变化关系,确定不同蠕变温度下的门槛应力水平。根据短时蠕变实验数据,利用包含稳态蠕变速率的本构方程外推稳态蠕变速率,而后进行两组相对长时的蠕变实验,证明了工业纯钛中低温蠕变存在稳态蠕变阶段。利用稳态蠕变速率与应力关系,计算出工业纯钛室温蠕变应力指数为6.96,也说明了外推稳态蠕变速率的可靠性。中低温蠕变激活能随着蠕变进行变化不大(≈60 k J/mol),但一直大于以位错为变形主导机制的变形激活能(30~40 k J/mol),表明孪晶对于工业纯钛中低温蠕变发展整个阶段均起重要作用。根据蠕变后试样孪晶结构随温度的变化解释了TA2蠕变行为的温度相关性,同时也证明了孪晶对于TA2蠕变行为的重要性.     

120°模具室温ECAP制备工业纯钛的压缩变形本构关系

在Gleeble-1500热模拟机上对120°模具室温Bc方式ECAP变形8道次制备的平均晶粒尺寸约为200 nm的工业纯钛进行等温变速压缩实验,研究超细晶工业纯钛在变形温度为298~673 K和应变速率为1×10-4~1×100s-1条件下的流变应力行为。结果表明:变形温度和应变速率均对流变应力具有显著影响,峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低;流变应力在变形初期随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳,呈现稳态流变特征。采用双曲正弦模型确定了超细晶工业纯钛的变形激活能Q=104.46 kJ/mol和应力指数n=23,建立了相应的变形本构关系。     

2205双相不锈钢中温塑性变形行为及本构方程

在AG-10TA万能材料试验机上进行2205双相不锈钢拉伸实验,实验温度473K¹073K,拉伸速率0.001s-11073K,拉伸速率0.001s-1⁰.1s-1,测定拉力和变形数据,得到真应力-真应变曲线。结果表明,2205双相不锈钢的变形抗力随应变速率的增大而增大,随变形温度的升高而减小;在中温时有明显的加工硬化现象,硬化指数n约为0.3,高温时材料发生再结晶,曲线平缓无明显加工硬化;在不同温度和应变速率下变形时,材料的延伸率均高于25%,并且随温度的升高而增大,随应变速率的变化不明显;本构方程能较好的反映2205双相不锈钢在中温变形过程中流变应力的变化,拟合精度高。     

工业纯钛TA1管材热压缩成型本构方程研究

利用Gleeble 3500热模拟试验机研究了工业纯钛TA1管材在660～780℃,应变速率为0.1～10 s~(-1)条件下的热压缩变形行为。利用线性拟合方法确定了材料常数及变形激活能,建立了双曲正弦函数形式本构方程。用Zenner-Hollomon参数对最大应力进行了预测,预测值与试验值能够较好地吻合。试验结果表明:工业纯钛TA1材料的应力-应变曲线表现出显著的加工硬化特征,流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的下降而减小。工业纯钛TA1热压缩变形过程中,流变应力受变形温度及变形速率的显著影响;流变应力随温度的升高而降低,随变形速率的下降而减小。     

Modeling and Simulation for the Stress Relaxation Beha- vior of Ti-6Al-4V at Medium Temperature

应力松弛是钛合金在升高温度和加载条件下的一个显著特性,也是热校形和热处理的理论基础。因此研究了一种Ti-6Al-4V钛板在923~1023 K温度范围内、几种应变水平下的拉伸应力松弛行为。结果表明,应力松弛速率随着温度的升高而增加,材料中的残余应力经过一段时间之后趋向应力松弛极限;另外,在相同温度下,不同应力水平的应力松弛极限相同。进而,建立了一种描述应力松弛行为的显式三次延迟函数,本构精度高达97%,可用于工艺设计及理论分析。最后,基于应力松弛和蠕变的关系,提出了一种隐式蠕变型本构方程描述应力松弛行为,并将识别的材料参数输入ABAQUS,数值模拟了Ti-6Al-4V的热应力松弛行为,发现模拟的应力变化规律符合应力松弛曲线,证明了蠕变型本构方程对应力松弛模拟的适用性。     

Hastelloy C-276合金应力松弛试验及蠕变本构方程

对Hastelloy C-276合金分别在不同的温度(750、800、850和900℃)和相应的初始应力(250、250、250和200 MPa)条件下进行了多组应力松弛试验。利用试验测得的应力松弛曲线推导出应力松弛过程中蠕变应变速率与应力之间的关系,建立用于描述Hastelloy C-276合金应力松弛行为的蠕变本构方程,通过对蠕变应变速率—应力曲线进行拟合,得到各温度下蠕变本构方程中的材料常数。将蠕变本构方程带入有限元软件MSC.Marc对Hastelloy C-276合金的应力松弛过程进行模拟,模拟得到的应力松弛曲线与试验测得的应力松弛曲线符合得很好,验证蠕变本构方程的可靠性。     

基于Johnson-Cook模型的TC16钛合金动态本构关系

利用Instron液压实验机和分离式Hopkinson压杆动态加载实验,在温度为298～773K、应变率为0．001～15550／s范围内得到TC16钛合金的准静态拉伸及动态压缩条件下的真应力-真应变曲线,并基于Johnson-Cook模型对其进行拟合分析。提出拟合Johnson-Cook方程的简便方法：即引入材料应力-应变曲线发展趋势项,避免对材料绝热温升的估算。结果表明：真应力随应变速率的增加而增加,随温度的增加而降低;当应变速率为10^5／s及温度高于673K时,材料此时的真应力低于准静态下的真应力;获得TC16动态本构关系,能较好地预测TC16钛合金的流变应力。     

钛制压力容器的室温蠕变极限载荷研究

根据工业纯钛的室温蠕变等时应力-应变曲线,应用有限元方法研究了钛制压力容器的蠕变极限载荷。结果发现,随着室温蠕变时间的增加,压力容器蠕变极限载荷由快速下降趋于缓慢下降。以圆筒型压力容器为例,详细分析了径比K对极限载荷的影响规律,给出了室温蠕变极限载荷的预测公式。该公式能够体现蠕变时间对极限载荷的劣化作用,以及许用应变和径比K对极限载荷的影响。     

基于应变补偿和修正项的新型铝锂合金温热变形本构模型

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。     

EVALUATION OF THE TIME DEPENDENT FAILURE ASSESSMENT CURVES FOR 10CrMo910 AND 316 SS AT 550℃

10CrMo910 and 316 stainless steel are widely adopted in high temperature structures of power generations, chemical processing plants and petroleum refineries. In this work, a total of 10000 hour tensile creep test on 16 specimens of such two materials was conducted at 550℃. On the basis of the experimental results, the isochronous stress-strain curves and time-dependent failure assessment curves of the two materials were given. Finally, the formulae of time dependent failure assessment curve for 10CrMo910 and 316 stainless steel corresponding to long-term creep cases, which could be utilized in the high temperature defects assessment, were established. The procedure for defining the time-dependent failure assessment curves was also presented.     

EVALUATION OF THE TIME DEPENDENT FAILURE ASSESSMENT CURVES FOR 10CrMo910 AND 316 SS AT 550℃

10CrMo910 and 316 stainless steel are widely adopted in high temperature structures of power generations, chemical processing plants and petroleum refineries. In this work, a total of 10000 hour tensile creep test on 16 specimens of such two materials was conducted at 550℃. On the basis of the experimental results, the isochronous stress-strain curves and time-dependent failure assessment curves of the two materials were given. Finally, the formulae of time dependent failure assessment curve for 10CrMo910 and 316 stainless steel corresponding to long-term creep cases, which could be utilized in the high temperature defects assessment, were established. The procedure for defining the time-dependent failure assessment curves was also presented.     

一种估算结构钢室温蠕变的方法

研究了轧制态、正火态X70管线钢和AISI304不锈钢的室温蠕变行为,发现在数种应力水平下此2种钢主要呈现为速率递减的对数蠕变特征.室温蠕变和拉伸实验的关系表明,室温蠕变实验中的加载过程与拉伸实验相同,且室温蠕变开始时的应变速率与加载过程结束时的相等.在此基础上,结合室温蠕变本构方程和描述拉伸实验中应力-应变关系的Ra...     

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。     

Generation of isochronous stress-strain curves with a nonlinear least square fitting method for modified 9Cr-1Mo steel

This study deals with the generation of isochronous stress-strain curves for modified 9Cr-1Mo steel. Material property data (s_y, D, and m) from tensile tests and strain-time curves from creep tests were obtained at 550 °C. On the basis of the experimental data, the creep curves were characterized by Garofalo’s creep model. The three parameters of P ₁, P ₂ and P ₃ in Garofalo’s model could be optimized properly by a nonlinear least square fitting analysis. The three parameters showed a good stress dependency with a linear relation. However, the P ₃ parameter, which represents the steady state creep rate, exhibited two-slope behavior with different stress exponents at a transient stress of about 250 MPa. The results verify that the long-term creep curves for G91 steel can be modeled by Garofalo’s model with only several short-term creep data. When the modeled creep curves are used, long-term isochronous curves of up to 10⁵ h can be successfully constructed.     

工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端的参量表征与估算

通过试验、理论分析和有限元模拟对工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端应力应变场的参量表征及估算进行了研究。试验研究表明,在室温条件下,工业纯钛TA2存在明显的第1阶段蠕变现象。理论分析和有限元模拟表明,对TA2裂纹体进行保载时,裂纹尖端的应力应变场为HRR场,提出采用与时间相关的J积分来表征,并给出了估算方法。通过有限元计算,获得了TA2室温蠕变条件下CT试样的时间相关J积分值,论证了采用J积分来表征室温蠕变条件下TA2裂纹尖端应力应变场的合理性。将有限元计算与估算方法获得的J积分进行了比较,验证了估算方法的有效性和准确性。     

细间距器件SnAgCu焊点热疲劳性能研究

通过试验和数值模拟两种方法分析细间距器件SnAgCu焊点的热疲劳寿命。采用-55～125℃温度循环试验,发现SnAgCu焊点疲劳寿命约为1150次。基于Anand方程和Wong方程两种本构模型,针对两类疲劳寿命预测方程进行对比研究。结果显示,基于两种模型计算的SnAgCu焊点应力时间历程曲线具有相类似的趋势,但是应力值有较大差别。针对两类疲劳寿命预测方程,结合试验研究分析焊点的疲劳寿命,基于Wong方程结合双蠕变模型计算的疲劳寿命值和试验结果吻合良好,而基于Anand方程结合Engelmaier修正的Coffin-Mason方程计算的疲劳寿命略高于试验结果。