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45钢相变体积分析的新方法及其应用

金属热处理 2019年第11期44卷 209-212页

作者：刘琦陈锟刘克家陈惠芬马允赞上海应用技术大学材料科学与工程学院

以一种定量测量材料相转变体积变化的新方法,即“比容差法”,对45钢的顶端淬火试验过程进行了测量与分析。结果表明:该方法可以对45钢顶端淬火过程的相转变进行精确测量与分析,并通过理论计算进行了原理上的验证,证实该方法用于分析钢... 详细信息

以一种定量测量材料相转变体积变化的新方法,即“比容差法”,对45钢的顶端淬火试验过程进行了测量与分析。结果表明:该方法可以对45钢顶端淬火过程的相转变进行精确测量与分析,并通过理论计算进行了原理上的验证,证实该方法用于分析钢淬火时相转变的可行性。在此基础上,应用比容差法对45钢淬透性进行了测量研究。比容差法得到的淬透层深度为18 mm,而硬度试验得到45钢的淬透层深度为16 mm,两者的相对误差约13%。

关键词：比容差法热处理 45钢相变淬透性

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轴承钢残留奥氏体含量的测定方法及其应用

金属热处理 2019年第5期44卷 206-210页

作者：陈锟刘琦刘克家陈麒忠陈惠芬上海应用技术大学材料科学与工程学院上海201418

将测量相转变的"比容差法"应用至轴承钢材料的残留奥氏体含量的精确测定。由轴承钢体积定量的测量,以标准的X射线衍射法进行校验,建立了轴承钢残留奥氏体含量-比容的关系线,由此根据比容差法来定量测量残留奥氏体相的含量。对GCr15轴承... 详细信息

将测量相转变的"比容差法"应用至轴承钢材料的残留奥氏体含量的精确测定。由轴承钢体积定量的测量,以标准的X射线衍射法进行校验,建立了轴承钢残留奥氏体含量-比容的关系线,由此根据比容差法来定量测量残留奥氏体相的含量。对GCr15轴承钢的测量实例表明:该方法可对轴承钢冷处理后的奥氏体转变量进行精确测量,建立的工作曲线表明,GCr15钢的残留奥氏体含量与比容之间可用线性关系表示。与X射线衍射法校验的测量结果相比较,两测量结果的偏差小于8%。

关键词：比容差法残留奥氏体轴承钢冷处理相变

NO8825/X52轧制复合板三维残余应力的测量分析

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热加工工艺 2020年第9期49卷 85-88,91页

作者：刘琦陈锟马允赞刘克家陈惠芬上海应用技术大学材料科学与工程学院上海201418

轧制复合板在制备过程中产生的残余应力对材料的力学性能以及耐腐蚀性能有很大影响。本文采用一种新的残余应力测试方法即比容差法,对NO8825镍基合金/X52管线钢轧制复合板试样进行了测量分析。该方法的原理为:测量材料去应力退火前后的... 详细信息

轧制复合板在制备过程中产生的残余应力对材料的力学性能以及耐腐蚀性能有很大影响。本文采用一种新的残余应力测试方法即比容差法,对NO8825镍基合金/X52管线钢轧制复合板试样进行了测量分析。该方法的原理为:测量材料去应力退火前后的相对体积变化,结合盲孔法数据,通过广义虎克定律求得其三维残余应力数据。比容差法可精确测量试样相对比容的变化,该方法实施简单方便,且造价较低。试验结果表明:试样法线方向的应力比平面内的应力大5~10倍,其数值在300~500 MPa。

关键词：轧制复合板去应力退火残余应力比容差法

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轧制复合板的力学性能与变形特性研究

轧制复合板的力学性能与变形特性研究

作者：刘琦上海应用技术大学

学位级别：硕士

轧制复合板是一种非常重要的复合材料,它结合了复板的功能性如耐腐蚀性、高温抗拉强度以及基板的结构性,提供了复合材料优良的变形特性,且降低了生产成本;但是轧制复合板受制造工艺、生产条件以及服役环境等因素的限制,在轧制加工过程中... 详细信息

轧制复合板是一种非常重要的复合材料,它结合了复板的功能性如耐腐蚀性、高温抗拉强度以及基板的结构性,提供了复合材料优良的变形特性,且降低了生产成本;但是轧制复合板受制造工艺、生产条件以及服役环境等因素的限制,在轧制加工过程中,因相变和不同的热膨胀系数等因素而产生的较大残余应力,会对力学性能以及变形特性造成影响,甚至对抗应力腐蚀性能造成影响;以及在不同厚度比或者高温状态下服役力学性能的改变等问题,会对后续加工性能、使用性能产生较大影响,从而在实际使用过程中引发严重的质量事故,因此对于轧制复合板变形特性及其影响因素的研究具有重大实际应用价值。本文以某钢铁企业生产的8825/X52、3Cr13/Q345及2205/AH36轧制复合板为例,通过一系列实验,探究了轧制复合板的力学性能及变形特性,分析了其力学性能及变形行为的影响因素,并测定了残余应力和抗应力腐蚀性能,为实际生产过程中制定复合板良好综合力学性能的变形工艺提供科学依据。为了探究轧制复合板的力学性能及微观塑性断裂行为,本文首先进行了常温拉伸、高温拉伸、三点弯曲以及原位拉伸实验。实验结果表明:在常温拉伸实验中,复合板具有优良的力学性能,即延伸率提高,且抗拉强度仅有小幅度的降低;在高温拉伸实验中,随着温度的升高,复合板的应力-应变曲线呈下降趋势,其抗拉强度也呈下降趋势,伸长率则不断增加,表现出良好的塑性加工能力,其中8825/X52复合板的应力-应变曲线符合“超塑性”材料的拉伸曲线特征;在三点弯曲实验中,在弯曲至两臂相互平行的实验中,复合板均表现出了良好的弯曲变形能力,变形结束时,试样的弯曲外表面均无肉眼可见缺陷;在原位拉伸实验中,复合板经历了较长的裂纹亚稳扩展阶段,才失稳断裂,且界面处裂纹均出现在拉力载荷达到最大值之后,说明轧制工艺制备的复合板,具有良好的韧塑性和界面结合强度。为了测定轧制复合板力学性能以及变形特性的影响因素—残余应力,本文应用课题组提出的一种新的残余应力测量方法,即“比容差法”,对复合板界面处的三维残余应力进行了测量分析。结果表明:在复合板界面处,单层组元相变不均匀引起的体积变化不均匀产生了残余应力,其中法线方向的应力分量?在数值上较大,横向应力小约5倍至一个数量级。为了测定轧制复合板抗应力腐蚀性能,本文以8825/X52复合板为例,分别从自然腐蚀电位与外电源施加特定电位两个方面,即浸泡实验和电化学腐蚀实验进行抗应力腐蚀研究。结果表明:在3.5%NaCl实验条件下,最大的腐蚀速率为0.0026g/(m×h),换算为相对质量变化达到0.098‰;另一方面,腐蚀电流密度降低了5.5%,电荷转移电阻相差小于12%。

关键词：轧制复合板塑性变形力学性能残余应力比容差法

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高强钢板残余应力分布的测量及其模拟计算

高强钢板残余应力分布的测量及其模拟计算

作者：吴新猛上海应用技术大学

学位级别：硕士

进入21世纪,全球的钢铁工业进入一个新的阶段,“高强、减薄”为代表的高强钢产品逐渐受到人们重视。而板形问题已成为制约高强钢应用的最突出问题,板形问题本质上是钢板内部的残余应力较大且分布不均匀。本文就传统残余应力测量方法存... 详细信息

进入21世纪,全球的钢铁工业进入一个新的阶段,“高强、减薄”为代表的高强钢产品逐渐受到人们重视。而板形问题已成为制约高强钢应用的最突出问题,板形问题本质上是钢板内部的残余应力较大且分布不均匀。本文就传统残余应力测量方法存在的局限性限制,应用此前项目组提出的一种残余应力测量的新方法--比容差法,并由不同材料三维残余应力的实验测量,进一步确认了此新的测量分析方法的可操作性和有效性。该方法以材料塑性加工后相对体积变化定量的测量,可得到其残余应力的定量结果。材料的残余应力将造成体积变化,此体积变化可以由比容的精确测量得到。该研究对开发新的残余应力减小的工艺路径,提高板形稳定性,具有一定指导意义。本文首先分别以冷镦、冷轧及热轧工艺为例,对材料内部的三维残余应力进行了测量与分析,结果表明:塑性变形后,材料内部因产生残余应力,其体积变化。该分析结果与弹性力学的虎克定律相符合。由此得出,该方法对材料塑性变形后的残余应力状态可精确测量与分析。热膨胀实验通过测量材料升温过程中由于残余应力释放及受热膨胀所引起的总的尺寸变化,即应变,并结合比容差法得到的体积应变,即可得到不同方向的应变,根据虎克定律,便可计算得出不同方向的残余应力。由此证明了比容差法用于测量材料三维残余应力的可行性与科学性。传统的表面残余应力测量方法--盲孔法的实验结果证明了比容差法的有效可行,测量结果精确、可靠。在此基础上对热轧复合板板厚方向及高强钢板板宽方向的三维残余应力分布规律分别进行了研究,结果表明,对于热轧复合板其厚度方向的三维残余应力分布是不均匀的,残余压应力在板坯中心处取得最大值,且沿厚度方向逐渐减小,呈连续对称衰减分布;对于高强钢板而言,其板宽方向的残余应力从边上往中心逐渐减小。最后就切割对残余应力释放的影响规律进行了讨论,得到的结论是切割对残余应力释放的影响随着薄板尺寸的增大而减小。当试样尺寸10mm左右时,残余应力减小为零;且试样尺寸在120*120mm以上时,其残余应力达到稳定值,即切割对残余应力释放的影响减小至零。该影响规律可以用Gauss函数来近似表达,由此给出了描述切割对残余应力释放的影响规律的数学模型。本文另一方面的工作是以残余应力分布的预测为目标,首先利用有限元模拟软件ANSYS对小尺寸高强钢板轧后冷却过程的温度场进行了建模和计算,得到高强钢板在清水喷淬冷却条件下不同时间的瞬态温度场分布云图和Temp-Time曲线。并对心部的温降曲线进行了实验验证,两者吻合较好,最大误差在10%以内。而后通过ANSYS的热-力耦合算法,对高强钢板的残余应力场进行了数值模拟研究,得出其残余应力的大小和分布规律。最后根据相似性原理对较大尺寸的高强钢板进行了轧后温度场及残余应力场的模拟分析,得到其温度场分布云图,以及残余应力场云图。上述模拟结果表明:在单面清水喷淬的冷却条件下,大板的温度场分布规律与小板类似,即,顶角冷却较快,心部冷却较慢,边部冷却介于上述两者之间。沿着板宽及轧制方向,残余应力的分布规律基本相同,心部残余应力值较大,两端残余应力值较小。

关键词：高强钢板残余应力比容差法热膨胀法数值模拟

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新型铝合金结构及热处理性能的研究

新型铝合金结构及热处理性能的研究

作者：付伟英上海应用技术学院

学位级别：硕士

本文以一种新型Al-Cu合金为主要研究对象,研究了热处理加工工艺对材料的微观组织和材料性能的影响,其目的是提高此结构材料的使用性能。本文应用金属材料相转变测量的新方法——比容差法,并由不同系列的铝合金的实验测量,确认了此新的... 详细信息

本文以一种新型Al-Cu合金为主要研究对象,研究了热处理加工工艺对材料的微观组织和材料性能的影响,其目的是提高此结构材料的使用性能。本文应用金属材料相转变测量的新方法——比容差法,并由不同系列的铝合金的实验测量,确认了此新的分析方法的有效性。并以此分析方法,对新材料进行了系统的研究,并对新方法给予了热膨胀测量及X射线衍射方面的定量验证。基于比容差法的实验结果,本文还提出了铝合金的新的强化机制——相变应力强化。通过本文的研究得到以下结论：比容差法可有效且精确地对铝合金在热处理过程中的相变进行定量测试分析和研究比容差法的有效性,且比容差法不仅适用在211Z铝合金中,同样适用于其他铝合金热处理过程中相变分析和研究。热膨胀测试及XRD测试分析结果证明了比容法的方便可行,测量结果精确、可靠、误差小。不同时效条件下处理的试样,随时效时间的改变其力学性的变化,与比容差法所的实验结果相吻合,进一步证明了比容差法的有效性。在研究211Z铝合金的淬透性实验中,通过硬度测试,得出其淬透性,对实际生产起到指导意义。在T相会聚束电子衍射的研究基础上,采用XRD分析方法对T相的结构进行了进一步的探究。因相变引起的材料比容变化,由此推论材料内部将出现相变造成的残余应力,此推论己由XRD的残余应力测量给予了肯定的验证。本文提出T6处理状态的6061铝合金的新强化机制：相变造成体积膨胀导致的残余应力对材料有一定的强化作用,且应当是铝合金热处理后的一种强化机制。在上述的多种测试的基础上,以及在我们的理论分析的指导下。本文对此新材料的使用性能的结果得到稳定的提高。材料的强度稳定的达到了520MPa,这比此材料的报道(450MPa)提高了15.5%以上。

关键词： 211Z铝合金相转变比容差法力学性能强化机制