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列车间歇荷载作用下路基细粒土填料的塑性变形行为及临界动应力研究

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岩石力学与工程学报 2021年第4期40卷 828-841页

作者：聂如松李亚峰冷伍明孙宝莉刘婞陈梦凡中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075

铁路路基承受的列车长期荷载作用为列车通过时的振动加载和无列车通过时的加载间歇,即间歇性动荷载。为探究列车间歇性动荷载作用下路基填料的塑性变形行为及临界动应力,设计一系列考虑含水率、围压、动应力条件等因素的连续加载与加载... 详细信息

铁路路基承受的列车长期荷载作用为列车通过时的振动加载和无列车通过时的加载间歇,即间歇性动荷载。为探究列车间歇性动荷载作用下路基填料的塑性变形行为及临界动应力,设计一系列考虑含水率、围压、动应力条件等因素的连续加载与加载–停振的动三轴试验,对比分析加载间歇对路基土变形行为的影响,并重点分析间歇加载条件下路基土的塑性变形行为。试验结果表明,试样在间歇阶段的排水和卸载使得加载阶段积累的超孔隙水压力消散、土体内部颗粒及结构发生调整,降低了塑性变形在后续加载阶段的累积,并提高了试样的临界动应力;间歇加载条件下粉土的塑性变形行为可划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏;基于塑性应变速率,建立间歇加载条件下粉土变形行为的划分标准;引入静强度对安定理论进行修正,提出考虑含水率和围压等因素的间歇加载条件下粉土临界动应力经验公式。研究结果对于认识实际运营条件下路基的变形行为及动力稳定性具有重要意义。

关键词：土力学动三轴试验列车间歇荷载细粒土填料塑性变形行为临界动应力安定理论

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粗晶铝合金高温塑性变形行为研究

金属加工（热加工） 2022年第9期 32-38页

作者：韩莹何实徐玉君陈鹏达韩维超王雨萱哈尔滨焊接研究院有限公司黑龙江哈尔滨150028

对平均晶粒尺寸为87.6μm的粗晶5083铝合金进行高温拉伸试验,研究其在变形温度为400~475℃,应变速率为1×10~1×10s时的塑性变形行为。利用金相显微镜分析了合金的微观组织。因为热激活过程是材料发生塑性变形的基础,所以通过拉伸试验... 详细信息

对平均晶粒尺寸为87.6μm的粗晶5083铝合金进行高温拉伸试验,研究其在变形温度为400~475℃,应变速率为1×10~1×10s时的塑性变形行为。利用金相显微镜分析了合金的微观组织。因为热激活过程是材料发生塑性变形的基础,所以通过拉伸试验结果来绘制应力-应变曲线,计算应变速率敏感指数m值和变形激活能Q值,研究激活能与温度和应变速率的关系。结果表明:粗晶5083铝合金变形激活能测定值Q=213.992kJ/mol,结合微观组织和激活能来分析材料的变形机理,得到塑性变形机制,包含晶界扩散机制和动态再结晶机制。

关键词： 5083铝合金塑性变形行为变形激活能微观组织

Cu-Be/Cu层状非均质复合材料塑性变形行为的原位研究

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华东交通大学学报 2022年第3期39卷 99-109页

作者：唐延川张欣磊柳春林焦海涛刘德佳胡勇赵龙志华东交通大学材料科学与工程学院江西南昌330013 华东交通大学载运工具先进材料与激光增材制造南昌市重点实验室江西南昌330013

将层状非均质构型复合化设计思想用于提高Cu-Be合金强韧性,采用真空热压复合、热轧及热处理的方式制备了CuBe/Cu层状非均质复合材料。对复合材料显微组织、显微硬度及拉伸性能进行了测试分析,利用SEM下原位拉伸结合DIC技术,研究了复合... 详细信息

将层状非均质构型复合化设计思想用于提高Cu-Be合金强韧性,采用真空热压复合、热轧及热处理的方式制备了CuBe/Cu层状非均质复合材料。对复合材料显微组织、显微硬度及拉伸性能进行了测试分析,利用SEM下原位拉伸结合DIC技术,研究了复合材料塑性变形中各金属层组织演变、应变分配及断裂行为。结果表明:Cu-Be/Cu层状非均质复合材料由粗晶Cu层(平均晶粒尺寸115.3μm)和细晶Cu-Be层(平均晶粒尺寸17.4μm)组成,Cu-Be层显微硬度约为Cu层5倍,复合材料抗拉强度介于两种金属组元之间,但伸长率远高于Cu-Be合金、与Cu接近。复合材料塑性变形过程中,Cu-Be层主要通过晶粒转动方式协调应变,而Cu层主要通过晶内单系滑移方式协调应变;塑性变形初期,应变集中首先出现在Cu-Be/Cu界面附近,随后应变集中可通过界面传递至两侧金属层内部。复合材料断裂过程中,首先在Cu-Be层中晶界处萌生微裂纹,并沿晶界扩展;当裂纹扩展至Cu-Be/Cu界面时,发生明显偏折,裂纹在Cu层内表现为穿晶扩展,界面附近Cu层呈现准解理断裂特征。

关键词：层状非均质复合材料强韧化原位拉伸塑性变形行为应变分配

W颗粒/Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)基非晶复合材料过冷液相区的塑性变形行为研究

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海军工程大学学报 2021年第1期33卷 14-18,23页

作者：苏小红胡会娥孔小东海军工程大学基础部武汉430033

为研究W颗粒/Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)基非晶复合材料在过冷液相区的塑性变形行为,利用同步热分析试验、单轴压缩试验分析了温度和应变速率对该非晶复合材料塑性变形行为的具体影响,并采用X射线衍射(XRD)、显微硬... 详细信息

为研究W颗粒/Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)基非晶复合材料在过冷液相区的塑性变形行为,利用同步热分析试验、单轴压缩试验分析了温度和应变速率对该非晶复合材料塑性变形行为的具体影响,并采用X射线衍射(XRD)、显微硬度测试研究了塑性变形对该非晶复合材料结构和性能的影响。结果表明:该非晶复合材料在过冷液相区具有较好的塑性变形能力,随着温度的升高和应变速率的减小,其塑性流变应力不断减小,并逐渐呈现出均匀流变的特征;在温度为693 K、应变速率为1×10^(-3) s^(-1)时,非晶复合材料流变应力为190 MPa,为该材料在过冷液相区的最佳成形条件;该非晶复合材料在变形后并未发生明显的晶化,由于自由体积减少,其显微硬度从512.2 HV增加到546.9 HV。

关键词：非晶复合材料过冷液相区塑性变形行为单轴压缩试验

变形织构和晶粒尺寸分布对镁合金塑性变形行为的影响

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变形织构和晶粒尺寸分布对镁合金塑性变形行为的影响

作者：骆晓东扬州大学

学位级别：硕士

镁合金是密度最低的结构金属,其具有高的比强度、比刚度等优点,这使镁合金在航空航天、汽车、医疗、通讯等诸多领域具有广阔的应用潜力。然而,密排六方晶体结构致使镁及镁合金较差的室温力学性能。塑性加工通过调节织构和控制微观组织,... 详细信息

镁合金是密度最低的结构金属,其具有高的比强度、比刚度等优点,这使镁合金在航空航天、汽车、医疗、通讯等诸多领域具有广阔的应用潜力。然而,密排六方晶体结构致使镁及镁合金较差的室温力学性能。塑性加工通过调节织构和控制微观组织,可以改善材料的力学性能。研究变形织构和晶粒尺寸分布对镁合金塑性变形行为的影响,对设计合理的镁合金塑性加工工艺、制备高性能镁合金具有重要的理论价值和工程值意义。本文主要分为两个部分:一方面,利用组织较均匀的挤压态和等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing,ECAP）态的两种预处理状态Mg-4Zn合金,研究了变形织构对镁合金高温塑性变形行为及其变形机制的影响,并且分析了变形织构对合金塑性可加工性的影响;另一方面,利用热处理和高温ECAP复合加工的方式,制备出多种晶粒尺寸分布特征的AZ80变形镁合金,探究晶粒尺寸分布对镁合金室温塑性变形行为的影响。通过金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）等分析了镁合金的微观组织（包括第二相粒子）的特征,同时,通过Gleeble热压缩和室温拉伸实验分别测试镁合金的高温和室温塑性变形能力。主要研究内容和实验结果如下:（1）研究了温度范围200℃～350℃和应变速率范围0.001s-1s-1的挤压态和ECAP态Mg-4Zn镁合金的流动应力曲线,基于双曲正弦唯象本构模型计算获得了挤压态和ECAP态合金变形应力指数和激活能,应用VPSC模拟计算合金的变形织构和变形过程中各变形机制的相对活动量。实验结果表明,挤压态和ECAP态合金的组织较均匀,其平均晶粒尺寸为分别为46μm和14μm,但是,相同条件下,挤压态合金流动应力相比ECAP态合金具有更高的流动应力,且在低温时具有更高的加工硬化指数。相同条件下,两类合金的应力指数和变形激活能接近,低温时,从数值上反映出其变形机制主要为基面滑移。VPSC模拟发现ECAP态合金具备倾斜织构,在轴向压缩时,更加利于基面滑移的启动,而挤压态合金具备基面织构,其更加有利于拉伸孪生的激活,拉伸孪晶使晶粒旋转～90°,晶粒转变为硬取向,更加不利于基面滑移。因此,挤压态合金表现为更高的变形抗力。（2）采用基于动态材料模型的Murty塑性加工失稳准则分别建立了挤压态和ECAP态Mg-4Zn合金的加工图,结合相应的显微组织,分析应变量、温度、应变速率以及织构等对合金可加工性以及微观组织演化（晶粒尺寸分布特征）的影响。结果表明,虽然ECAP态Mg-4Zn合金的平均晶粒尺寸较小,但受变形织构的影响,ECAP合金加工图却形成相对较大的失稳区。挤压态合金和ECAP态合金在相同的变形条件下的微观组织相似。中低温（200℃和250℃）时,组织中观察到大量的孪晶,且随着温度的上升和应变速率的减小,动态再结晶增强,细小的再结晶晶粒优先在孪晶界处形核,不断蚕食原始母粒,但是由于温度过低,再结晶不能完全,致使组织为细小再结晶晶粒、孪晶和原始粗大晶粒构成的混晶组织。高温（300℃和350℃）时,再结晶完全,当温度较高和应变速率较小时,再结晶晶粒发生长大现象,一般为均匀组织,而在高温低应变速率下,易发生晶界滑动,产生弓出。（3）利用热处理和高温ECAP加工制备AZ80变形镁合金,研究了晶粒尺寸分布对镁合金室温塑性变形行为的影响。结果表明,变形组织特征与动态再结晶的形核位置和动态再结晶的比例密切相关;双峰组织可以显著强化合金的室温力学性能。实验结果表明:双峰组织镁合金（平均晶粒尺寸～80μm）的室温强度（226.1MPa,454.3MPa）和塑性（17.5%）均高于细晶镁合金（平均晶粒尺寸～4μm）的室温强度（215.4MPa,438.0MPa）和塑性（14.0%）。分析认为位错在大晶粒和小晶粒界面处运动时,其阻力更大,致使了双峰组织的强化效应。此外,双峰组织大晶粒周围的细小晶粒可以协调塑性变形,并且第二相粒子很大程度上增强了合金的塑性。（4）研究了变形条件对双峰组织镁合金的强度和塑性的影响。在A路径下,双峰组织具有显著的力学性能强化作用。这是因为,A路径变形易形成基面织构,在室温拉伸时,基面织构不利于基面滑移的启动,合金表现为高的强度。另外,变形温度和变形道次可以调节合金微观组织,适度增加双峰组织中小晶粒含量和较少大晶粒的晶粒尺寸可以提高双峰组织镁合金的强度,过度晶粒细化则会破坏双峰组织的强化作用。

关键词：镁合金变形织构变形机制晶粒尺寸分布塑性变形行为

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奥氏体不锈钢塑性变形行为及冲压成型性研究

山西冶金 2022年第4期45卷 1-3页

作者：李阳张威李娟郭淑茜太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室山西太原030003 山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心山西太原030003 太原科技大学山西太原030024

采用单向拉伸试验和冲压成型试验对奥氏体不锈钢304L进行研究,利用电子显微镜观察拉伸后的微观组织,分析它的塑性变形以及冲压成型行为。结果表明:304L具有较高屈服强度和断后伸长率,通过拟合计算得到,应变硬化系数为160.77 MPa,应变硬... 详细信息

采用单向拉伸试验和冲压成型试验对奥氏体不锈钢304L进行研究,利用电子显微镜观察拉伸后的微观组织,分析它的塑性变形以及冲压成型行为。结果表明:304L具有较高屈服强度和断后伸长率,通过拟合计算得到,应变硬化系数为160.77 MPa,应变硬化指数为0.45;拉伸过程中,304L的主要转变机制为γ→α,其断裂模式为脆性断裂及韧性断裂的混合断裂模式;通过冲压成型试验,获得304L的平均塑性应变比r为0.977,应变硬化指数n值为0.32,杯突值(IE)为12.78 mm。

关键词：奥氏体不锈钢塑性变形行为冲压成型性

Ti/Al粉末体塑性变形行为及锻造过程数值模拟研究

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Ti/Al粉末体塑性变形行为及锻造过程数值模拟研究

作者：仇珩宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

TiAl基合金具有抗高温、抗氧化，密度低等优点，但是其塑性差，高温变形抗力大，难以加工成型，从而大大限制了该材料的工程应用，阻碍了该材料的实用化。如果采用传统的粉末冶金、铸造和热变形等成形方法，若要同时满足致密度高、性能... 详细信息

TiAl基合金具有抗高温、抗氧化，密度低等优点，但是其塑性差，高温变形抗力大，难以加工成型，从而大大限制了该材料的工程应用，阻碍了该材料的实用化。如果采用传统的粉末冶金、铸造和热变形等成形方法，若要同时满足致密度高、性能好、成本低和复杂零件成形等要求非常困难。因此，针对TiAl基合金难以加工成形的特点，本研究采用机械混粉-冷压制坯-低温烧结的工艺方法制备Ti/Al粉末坯。Ti/Al粉末坯与TiAl基合金相比，具有塑性好，易成形的特点。本文利用多种烧结工艺对Ti/Al粉末体材料进行低温烧结实验，确定最优烧结方案，并研究其塑性变形行为，采用ABAQUS对其锻造成形过程进行数值模拟，为Ti/Al粉末体锻造时最优工艺参数的设定和模具的设计提供参考。机械混合Ti粉和Al粉，在不同压力下制取坯料，采用不同烧结工艺对Ti/Al粉体坯料进行低温真空烧结;利用SEM、EDS、XRD等材料分析测试方法对烧结后得到的Ti/Al粉末体材料进行显微组织分析;对烧结后的Ti/Al粉体坯进行热压缩模拟试验，研究其塑性变形行为，并建立其本构关系方程和热加工图;对烧结后的Ti/Al粉体坯锻造过程进行数值模拟。本文重点研究以下内容：研究了Ti/Al粉末体材料的制备工艺。通过分析不同烧结工艺烧结后的Ti/Al粉体坯料的能谱图，结合XRD可以得出Ti/Al粉体坯料在不同烧结温度和烧结时间下生成金属间化合物的情况;研究不同烧结温度和烧结时间下坯料的塑性从而确定最佳烧结工艺;对不同初始密度的粉末体坯料进行热压缩模拟试验。研究了相对密度、温度、应变速率对流动应力的影响规律;建立了Ti/Al粉末体材料的本构关系方程;制作其热加工图并结合组织分析确立其最佳的锻造工艺参数;采用ABAQUS模拟了Ti/Al粉末体坯料锻造过程，分析了相对密度、等效应力场、等效应变场的分布情况，并研究了摩擦系数、温度、应变速率对锻造过程的影响。

关键词： Ti/Al复合粉末塑性变形行为粉末锻造数值模拟

Zr基大块非晶合金在过冷液相区中的塑性变形行为及有限元模拟

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Zr基大块非晶合金在过冷液相区中的塑性变形行为及有限元模拟

作者：张黎楠华中科技大学

学位级别：硕士

本论文利用X射线衍射分析仪(XRD)、示差扫描量热仪(DSC)、Zwick/Roell力学性能试验机和HV-1000型显微维氏硬度计等系统研究了Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金的结构、热稳定性、在过冷液相区内中的塑性变形行为以及变形后的结构和性能,并采... 详细信息

本论文利用X射线衍射分析仪(XRD)、示差扫描量热仪(DSC)、Zwick/Roell力学性能试验机和HV-1000型显微维氏硬度计等系统研究了Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金的结构、热稳定性、在过冷液相区内中的塑性变形行为以及变形后的结构和性能,并采用DEFORM-3D有限元软件对Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金在过冷液相区内的单轴压缩实验进行了有限元方法(Finite element method, FEM)的数值模拟。采用电弧熔炼/铜模吸铸技术制备了直径为3mm的大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5。DSC实验结果表明:大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5具有合适的玻璃转变温度和宽广的过冷液相区;通过绘制大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的TTT曲线,为其在过冷液相区的单轴压缩实验选择了一系列的成形温度和应变速率。利用Zwick/Roell力学性能试验机研究了Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金在过冷液相区中(417℃52℃)、应变速率5×10-4s-1×10-1s-1条件下的塑性变形行为。实验结果表明:大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5在过冷液相区内的塑性变形行为强烈依赖于温度和变形速率。在低的应变速率和高的成形温度下大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的流变特征表现为牛顿流变,而在高的应变速率和低的成形温度下大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的流变特征由单一的牛顿流变转变为非牛顿流变。由此,大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5在过冷液相区的最佳成形区域为:437±5℃,应变速率1×10-3s-1 ×10-2s-1。采用XRD、DSC和显微维氏硬度计等实验手段系统研究了塑性变形行为对大块非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的结构、热稳定性和硬度值的影响。研究表明:成形后的样品基本保持原有的非晶结构,但晶化焓有所减少,显微硬度值均有所提高。采用三种不同的模型尝试建立非晶合金关于流动应力、应变速率和温度的本构方程。通过对VFT方程的拟合表明: Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金具有强玻璃形成能力的物理本质。基于超塑性流变本构方程,系统地拟合了Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金在温度分别为427℃、437℃和447℃时的系数K和m,此方程适用于牛顿流变区域。基于应力松弛流变力学本构方程,确定了流动应力、应变速率和温度的关系,推导出了适用于Zr55Cu30Al10Ni5大块非晶合金在过冷液相区内非晶相的力学本构方程,并对应力松弛流变力学本构方程的参数进行了拟合。基于DEFORM-3D有限元模拟软件,采用超塑性流变本构方程为材料模型的数值分析结果表明:超塑性流变本构方程在牛顿流变区域的数值模拟分析结果与实验结果能较好的吻合,温度和应变速率显著地影响着样品的塑性变形行为,这一趋势与实验结果吻合的较好。由于未考虑自由体积在塑性变形过程中的作用,此本构方程不适用于非牛顿流变区域。

关键词：大块非晶合金过冷液相区塑性变形行为本构方程有限元模拟

WE43合金在不同应力状态下的本构关系及断裂行为表征

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第2期33卷 438-453页

作者：武鹏飞张冲娄燕山陈强宁海青西安交通大学机械工程学院西安710049 西南技术工程研究院重庆400039

研究WE43合金在不同应力状态下的塑性和断裂行为。设计拉伸、压缩及剪切试样,并进行力学实验。采用数字图像相关技术对测试过程进行记录和处理。实验结果表明:WE43合金具有低的拉压非对称性,其断裂机制属于韧性断裂。基于Drucker屈服函... 详细信息

研究WE43合金在不同应力状态下的塑性和断裂行为。设计拉伸、压缩及剪切试样,并进行力学实验。采用数字图像相关技术对测试过程进行记录和处理。实验结果表明:WE43合金具有低的拉压非对称性,其断裂机制属于韧性断裂。基于Drucker屈服函数,采用不同的硬化规律模拟单轴拉伸和压缩下的塑性变形行为。通过数值模拟得到应力状态和断裂应变。采用Brozzo、Oh、Ko-Huh和DF2016准则对韧性断裂行为进行数值预测,并与实验结果进行对比。结果表明:采用Swift-Voce硬化定律和Drucker屈服函数能合理模拟塑性变形。DF2016断裂准则能准确预测合金在各种应力状态下的断裂行为。

关键词：稀土镁合金塑性变形行为应力状态效应本构模型韧性断裂预测