离心叶轮用FV520B材料真空钎焊工艺研究

通过对FV520B材料钎焊试验的研究，证明FV520B材料的良好力学性能并用于了离心叶轮的钎焊作业。     

连续球压痕法测试压力容器钢力学性能的研究

为探讨材料力学性能无损测试的新方法,分析研究了连续球压痕试验测试材料力学性能的原理,并以压力容器用钢15CrMoR,Q245R,Q345R等3种钢板为研究对象,采用连续球压痕试验与常规拉伸试验相比较的方法,测试了屈服强度、抗拉强度等力学性能,深入开展了连续球压痕试验与常规拉伸试验所测试力学性能的比对分析工作。比对结果表明了连续球压痕试验在测试压力容器用钢力学性能方面的可行性、可靠性与准确性,证明连续球压痕试验法可以应用于工程中部分材料力学性能的无损检测。     

基于压痕应变的不锈钢材料拉伸性能参数计算方法

建立连续球压痕试验三维有限元模型,通过单一变量法模拟了残余压痕应变与不同材料拉伸性能参数(弹性模量90～210 GPa、屈服强度180～300 MPa、应变硬化指数0.1～0.3)的关系;在125组拉伸性能参数组合下进行连续球压痕试验有限元模拟,得到基于残余压痕应变的材料拉伸性能参数计算公式并进行了试验验证。结果表明：残余压痕应变分别与弹性模量和屈服强度存在对数线性关系,其对数与应变硬化指数之间存在幂律关系;将连续球压痕试验测得的316L不锈钢的残余压痕应变代入材料拉伸性能参数计算公式,反演计算得到的弹性模量、屈服强度和应变硬化指数与拉伸试验结果的相对误差分别为1.50%,1.57%,0.22%,说明基于残余压痕应变的不锈钢材料拉伸性能参数计算方法可以满足工程需要。     

FV520B激光熔覆FeCr合金的性能分析

FV520B是离心式压缩机叶轮的常用材料,叶轮服役过程中经常出现磨损、腐蚀等损伤形式。为了实现对损伤叶轮的再制造,在FV520B板材上激光熔覆Fe Cr合金粉末,并对激光熔覆层和FV520B基体进行了显微硬度实验测试、微观组织观察、耐腐蚀试验和抗摩擦磨损实验来分析激光熔覆前后材料的性能变化。实验结果表明:激光熔覆层的显微组织比FV520B基体更加均匀、致密,因此显微硬度更高。激光熔覆层和FV520B基体的显微硬度分别为620.37HV和366.6HV,激光熔覆层比FV520B基体硬度平均高1.7倍;通过极化曲线分析测得了激光熔覆层和FV520B基体的Tafel曲线,并用Tafel曲线外推法测试了熔覆层和基体的腐蚀速度;激光熔覆层的硬度比基体要高,在摩擦磨损试验中达到稳定磨合期的时间比FV520B基体要长且稳定摩擦因数比基体要高,熔覆层和基体的稳定摩擦系数分别为0.78和0.65。     

热处理对马氏体不锈钢FV520B的组织和力学性能的影响

讨论研究热处理对马氏体不锈钢FV520B的组织和力学性能的影响,从而得出经1050℃固溶处理 850℃中间处理 470℃时效时FV520B钢的强度达到极大值。     

离心压缩机叶轮材料FV520B冲蚀规律和机理的研究

利用高速冲蚀试验系统,以7 μm、10 μm、14 μm多角氧化铝微粒为冲蚀颗粒,在120 ~ 210 m/s冲击速度范围内,对离心式压缩机叶轮材料FV520B在模拟压缩机叶轮高速粒子冲蚀环境下的冲蚀规律进行了系统的试验研究。对冲蚀表面形貌进行分析,研究冲蚀磨损机理。结果表明：参与冲蚀的粒子质量在5 ~ 80 g之间时,冲蚀率先增加后减小即为冲蚀过渡期,冲蚀粒子质量大于80 g后冲蚀率趋于平稳,进入冲蚀稳定期;高、低强度的两种FV520B材料,均呈现出典型的塑性材料的冲蚀特性,最大冲蚀率分别出现在24°、18°的冲击角度附近;高强度FV520B在24°和90°冲击角度时的速度指数分别为3.37和3.68,速度指数随冲击角度的增大而增大;FV520B冲蚀磨损的实质是微切削与变形磨损共同作用,在低角度冲蚀时,以微切削磨损为主,而在大于60°的高角度冲蚀,以变形磨损为主。     

合金元素锰和镍对FV520(B)钢焊接接头组织与力学性能的影响

在低氢碱性渣系药皮中添加中碳锰铁和镍粉,采用FV520(B)钢专用焊芯对FV520(B)钢进行焊接试验,研究了合金元素锰和镍对FV520(B)钢焊缝组织以及接头力学性能的影响。结果表明:在药皮中添加中碳锰铁和镍粉可以向焊缝中过渡奥氏体化合金元素锰和镍,合金元素含量越多,焊缝组织越细化,马氏体片层越细小;加入镍粉和中碳锰铁均可增加焊缝中的奥氏体含量,且前者的效果更好;增加焊缝中的奥氏体含量可在不降低接头强度的情况下提高其冲击韧性。     

湿H_2S及Cl~-环境下FV520B不锈钢的应力腐蚀行为研究

采用慢应变速率拉伸试验研究了FV520B马氏体沉淀硬化不锈钢在湿H_2S、NaCl及湿H_2S+NaCl腐蚀环境下的应力腐蚀开裂敏感性,并讨论了介质浓度对应力腐蚀行为影响。结果表明:FV520B钢在湿H_2S+NaCl环境中的应力腐蚀敏感性最大,随H_2S浓度升高,FV520B钢抗拉强度和断后延伸率降低,应力腐蚀敏感性增大。FV520B钢在湿H_2S+NaCl腐蚀环境的恒位移加载应力腐蚀试验表明:湿H_2S+NaCl腐蚀介质能够显著降低FV520B钢的断裂韧性,随H_2S浓度升高,应力腐蚀临界应力强度因子KISCC减小;试样断口形貌分析表明,在湿H_2S+NaCl腐蚀介质中SCC试样断口呈准解理形貌,为氢脆型应力腐蚀开裂,Cl-具有一定的诱导促进作用。     

FV520B钢Ⅰ-Ⅱ复合型断裂行为研究

针对离心压缩机叶轮出现的复合断裂问题,设计了I-II复合型断裂夹具和改进的紧凑拉伸试样,开展了叶轮典型材料FV520B不锈钢的试验研究。结果表明:FV520B钢I-II复合型断裂均属微孔聚集型韧性机制,只是在较大加载角度下,断口上的韧窝沿裂纹扩展方向被轻微拉长、深度变浅,主要由剪切分量占比增加所致;随加载角增加,材料总的断裂韧度增大,加载角为22. 5°和45°时较纯I型的分别增加了1. 8倍和4. 4倍,断裂韧度的I型和II型分量、及启裂角亦随之增大,采用复合型J积分断裂准则可以对试验结果进行较好地预测。本研究可为离心压缩机叶轮的复合断裂分析提供技术支撑。     

采用球压痕法测16MnR钢的拉伸性能

采用球压痕试验和常规拉伸试验两种方法对16MnR钢的拉伸性能进行了测试并进行了对比。结果表明:球压痕法能够准确、基本无损地测出试验钢的拉伸性能,其结果与常规拉伸试验结果比较符合,屈服强度和抗拉强度的最大误差分别为6.8%和1.9%。     

球压痕法评价材料拉伸性能的有限元分析

球压痕法被广泛应用于设备材料真应力应变曲线、屈服强度和抗拉强度等拉伸性能的无损测试。它有望实现对在役设备材料拉伸性能的连续性监控,用于评估在役设备的结构完整性。建立了带有两种不同刚度压头的球压痕试验有限元模型,用于研究不同刚度压头对压痕载荷深度曲线和拉伸性能结果的影响。为了验证模型的有效性,将模拟16MnR材料获得的加载曲线和试验机获得的加载曲线进行对比,对比结果表明,模型能有效地实现球压痕试验的模拟。最后取16MnR和17-7PH两种材料做球压痕试验的有限元模拟,把模拟获得的结果与在试验机上进行常规室温拉伸试验获得的结果进行对比,对比结果表明,球压痕法可以有效测量材料的拉伸性能。     

连续纤维增强玻璃钢球阀研究

介绍了由材料性能试验获取的连续玻璃纤维增强复合材料的力学性能,包括沿各个不同方向的拉伸、压缩、剪切、弯曲等性能参数,并依据这些性能参数,研究连续纤维增强玻璃钢球阀的设计要点,导出其详细设计公式。通过对材料组成及制备工艺进行改进,使得设计出的玻璃钢球阀较国内普通的玻璃钢球阀力学性能更为优秀。     

MoS2/Ti复合固体润滑膜的力学性能与摩擦特性

采用非平衡磁控溅射法在9Cr18轴承钢基底上制备了厚度约3μm的MoS2/Ti复合固体润滑膜,基于球形压头纳米压痕试验,采用连续刚度法对MoS2/Ti复合固体润滑膜的力学性能进行研究,探究MoS2/Ti复合固体润滑膜力学性能随压痕深度的变化规律;根据压痕试验载荷-位移曲线,采用Hertz接触理论计算MoS2/Ti复合固体润滑膜的弹性模量并与试验结果进行对比;利用CSM摩擦试验机对低速、低载下MoS2/Ti复合固体润滑膜的摩擦特性进行研究;基于压痕试验提出了一种能够更准确计算钢球加载时MoS2/Ti复合固体润滑膜接触应力的方法,并计算了摩擦试验不同载荷下的接触应力。结果表明:MoS2/Ti复合固体润滑膜的力学性能和摩擦特性都会受到表面形貌的影响;除表面初始压入阶段外,MoS2/Ti复合固体润滑膜的弹性模量和接触刚度都随着压痕深度的增大而增大;滑动速度和载荷共同影响MoS2/Ti复合固体润滑膜的摩擦特性。     

基于微米压入的延性金属单轴拉伸性能与断裂韧性评价技术研究进展

微米压入技术已可实现延性金属材料力学性能的准无损检测,相对于传统力学性能测试手段,该技术不仅可实现焊接接头、增材修复界面等微尺度复杂结构力学性能的准无损评价,还可用于在役设备关键重要部件力学性能的在线监测,为其安全预警与寿命预测提供依据。系统总结基于微米压入的延性金属单轴拉伸性能及断裂韧性评价技术的研究及应用现状。首先,较完整地阐述各类评价模型的基本原理、技术路线及实际应用现状,深入讨论不同评价模型的优点及局限性,给出领域内规范、标准的制定进展;然后,分别从理论研究和工程应用两个角度论述了基于微米压入力学性能评价方法存在的问题和挑战;最后,对微米压入力学性能检测技术的发展与应用趋势进行了展望。     

Finite element analysis of spherical indentation to study pile-up/sink-in phenomena in steels and experimental validation

The ball indentation technique based on deforming a material with a spherical indenter is an useful non-destructive tool for evaluating mechanical properties from a very small volume of material. In this work, the indentation test carried out using a 1.0 mm diameter tungsten carbide ball to penetration depths of around 100–200 μm is modeled using finite element (FE) method and analyzed for three steels having different yield stress and strain hardening exponent. The FE generated load–depth curve is compared and verified with the experimental load–depth data for the three materials. The role of the contact friction at the indenter–specimen interface on both the load—depth plot and indentation profile are examined. The development of pile-up/sink-in during indentation and its dependence on strain hardening characteristics of the material, contact friction and indentation depth are analyzed using the FE model. The indentation profiles obtained from simulation are compared with experimental profiles and the implication of pile-up phenomenon on accurate evaluation of stress–strain values from the experimental indentation load–depth data is discussed.     

PVC／ABS复合材料的力学性能研究

应用冲击试验机、材料试验机和其它一些相关仪器对PVC／ABS复合材料的力学性能进行了测试和研究,结果表明,该复合材料的性能是组分的函数,ABS的加入改善了其力学性能。随着ABS含量的增加,复合材料PVC／AnS的冲击强度和断裂仲长率明显提高,而拉伸强度和拉伸模量几乎随ABS含量的增加而单调地下降。     

基于应变梯度塑性理论的微塑性成形力学性能

不同厚度的T2紫铜试样的单向拉伸、微硬度和微弯曲试验表明,材料的力学行为与内禀的材料特征参数相关：厚度为30μm的板材,其拉伸强度比厚度为150μm的板材提高了28%,平均晶粒尺寸D为50μm的细晶,其拉伸强度比平均晶粒尺寸D为120μm的粗晶拉伸强度提高了33%,拉伸时呈现出“越小越强”的特征;当压痕深度与板材厚度的比值大于0.2时,压入深度越大,压痕硬度越大,呈现出“越大越硬”的现象;回弹角随板料厚度的减小而增大,当材料厚度小于一定值（0.06mm）时,材料的应变梯度硬化效应使得回弹角随板料厚度的变化更为剧烈,这种变化与采用应变梯度塑性理论预测的结果基本一致。     

球压痕试验法评价金属材料的强度

通过单次压痕试验与有限元模拟相结合的方法,结合反向分析方法与模拟退火粒子群算法,从获得的载荷-深度曲线加载部分提取材料的塑性参数,基于Ludwig硬化模型预测了不同金属材料的强度,并与单轴拉伸试验结果进行对比。结果表明:模拟得到的载荷-深度曲线与试验得到的几乎重合,二者的相对误差小于0.5%,说明模拟退火粒子群算法可有效地从压痕载荷-深度曲线中提取出金属材料的塑性参数;基于Ludwig硬化模型,利用反向分析方法从压痕载荷-深度曲线中提取的真应力-真塑性应变曲线不是唯一的,但从真应力-真塑性应变曲线计算得到的强度具有明显的收敛趋势;采用压痕试验得到不同金属材料的强度均接近于由拉伸试验得到的,屈服强度与抗拉强度的最大相对误差分别为5.9%,4.3%,说明采用压痕试验法可以准确地评价金属材料的强度。     

一种风机转子用FV520（B）不锈钢碱性焊条的研制

根据风机叶轮焊接接头强韧性对高性能焊条的要求,结合焊材设计的组织匹配原则,通过金相分析、力学性能测试、断口观察等方法,研制了一种力学性能和工艺性能都较为优异的焊条。结果表明,所研制焊条熔敷金属的合金系为Cr—Ni—Nb—Cu—Ti,其力学性能优于FV520（B）专用焊务;Mo、Nb、Ti、Cr等合金元素的富铬碳化物和合金碳化物M02C3、NbCrN、Ti（C,N）提高了熔敷金属的强韧性;焊缝区和HAz的组织均为回火索氏体（SH）＋板条马氏体（M）＋残余奥氏体（A＇）＋二次析出相;1#、2#、4#焊条的断裂机理为准解理断裂,而3#焊条的断裂机理为韧窝加解理的复合型断裂。