刘晓烨[1]2013年在《改善连铸板坯缺陷的轧制工艺》文中研究表明随着连铸技术发展的日益成熟，连铸连轧工艺已成为现代钢铁生产的发展方向。但在连铸板坯的实际生产中，由于连铸技术整体工艺流程极其复杂，不可避免会产生裂纹等内部缺陷，当进行下一道轧制工艺时内裂纹缺陷可能保留在钢材产品中甚至裂纹本身发生扩展从而最终影响钢材产品质量。因此，为了消除连铸板坯内部裂纹缺陷，获得具有良好质量的钢材产品，本文不仅用能量理论解释了内裂纹愈合的原理，还结合物理实验模拟得出孔洞形状的内裂纹在轧制过程中的愈合规律，最终建立了轧制过程中内裂纹愈合的数学模型，提出了内裂纹愈合判据。本文通过对比不同压下率、轧制速度和轧制道次下孔洞形状的内裂纹在轧制过程中的演变过程，得到了孔洞闭合及愈合规律，并根据实验结果将内裂纹愈合模型的建立分为闭合和愈合两个阶段，闭合阶段的能量依据是轧制力做功为内裂纹愈合提供能量，愈合阶段的能量依据则是原子通过扩散过程消耗能量。本文建立了关于连铸板坯在轧制过程中内裂纹愈合的数学模型，根据模型可判断内裂纹是否开始愈合行为，并通过各轧制参数对内裂纹愈合过程的影响来调节轧制工艺使内裂纹在轧制过程中实现愈合，为最终轧制出优质的板材产品提供一定的技术参考。
肖亚航[2]2007年在《金属材料裂纹自愈合的热处理试验研究》文中研究说明本研究的主要目的是探讨单纯高温处理条件下,结构钢内部裂纹的愈合机制、影响裂纹愈合的因素,寻求较佳的裂纹愈合处理工艺。本研究结果对于促进金属材料的智能化和提高材料使用寿命有着重要的实际意义,为实现金属材料的智能化、高性能化、高效化和长寿化奠定良好的理论基础和实验依据。试验用材选用20钢、45钢、20CrMnTi钢,先用钻孔压缩法在试样内部引入裂纹,然后对含内部裂纹的试样进行不同加热温度和不同保温时间的空冷处理,采用金相显微镜及扫描电镜观察分析裂纹愈合程度。研究表明,加热温度高于850℃时,叁种材料内部裂纹都有不同程度的愈合。裂纹区出现由铁素体构成的细晶愈合带,随加热温度升高和保温时间延长,愈合带变窄,裂纹愈合过程中形成的孔洞是杂质元素富集的区域;金属材料内部裂纹愈合过程主要经历叁个阶段:裂纹分隔,裂纹由长裂纹变成断续状短裂纹;短裂纹愈合,产生愈合孔洞;孔洞缩小、球化,数量减少,裂纹周围组织与成分均匀化。温度是影响裂纹愈合的主要因素,而加热时间的影响次之;裂纹愈合存在临界温度,此临界温度应大于该材料的最低再结晶温度;碳化物形成元素Cr、Mn、Ti阻碍碳的扩散,同时碳化物阻碍再结晶晶粒长大,故使裂纹愈合区铁素体量增多,再结晶晶粒细小。裂纹引入导致的裂纹区应变能(晶格畸变能)增高,是裂纹愈合的内在驱动力;裂纹愈合可能存在一临界能量因子,当内在驱动能与外界驱动能之和(即能量因子)大于临界能量因子时,裂纹愈合,反之裂纹不能愈合。裂纹形变区的再结晶及其晶粒长大是金属材料内部裂纹愈合的主要机理,原子扩散是裂纹愈合的物质基础。
韦东滨[3]2001年在《金属材料内部裂纹愈合规律的研究》文中研究表明本文研究工作是国家自然科学基金重点项目“金属材料内部裂纹愈合研究”和面上项目“金属材料内部损伤自修复机制及控制模式研究”的重要组成部分。研究金属材料内部裂纹愈合规律,目的是延长普通金属材料使用寿命、提高其品质,并力图揭示材料损伤的发展与演化过程。采用平板撞击方法在纯铜和45 号钢中预置内部裂纹,采用钻孔压缩方法在纯铜、20 号、45 号和20MnMo 钢及80 号钢中预置内部裂纹,通过扫描电子显微镜下的准原位观察、超声扫描探测及金相观察,发现单纯高温愈合处理条件下,各种材料试样的内部裂纹尺度均有减小趋势,尤以裂纹尖端愈合最为明显。纯铜和亚共析钢愈合区组织远比基体组织细密,在亚共析钢中这种组织是细晶的铁素体,形成细晶组织的主要原因是愈合区内存在的大量微孔洞拖曳晶界迁移,抑制了晶粒长大。合金元素C、Mn 和Mo 含量的差异对裂纹愈合没有明显影响。根据平板撞击试样内部裂纹愈合情形判断,单纯高温愈合处理条件下可出现较明显愈合迹象的裂纹尺度大约为几十微米。而对20 号和20MnMo 钢的实验表明,在一定的热塑性变形条件下,预置内部裂纹在相当短的时间内即可实现完全的愈合,但愈合区内仍然呈现细晶铁素体组织。单纯高温扩散处理条件下金属材料内部裂纹愈合过程基本可划分为四个阶段。拉伸实验表明在1000-1100℃进行愈合处理,保温时间达到60min 以上对含预置内部裂纹的45 号钢试件拉伸强度的恢复最为有利。采用分子动力学方法在纳观尺度上模拟了BCC-Fe 内部裂纹愈合过程,结果表明,只有在临界温度673K以上,BCC-Fe 内部裂纹出现愈合趋势,伴随裂纹愈合产生空位、位错和孪晶等晶体缺陷,愈合过程中这些缺陷形态和位置可能变化,但很难消失。结合工业生产实际,对石家庄钢铁股份有限公司45 号钢圆棒材内部裂纹的控制与抑制进行了研究,发现最主要的缺陷类型为位于圆棒材横截面径向1/4 部位的成簇长裂纹,是连铸坯柱状晶间聚集的塑性夹杂物在轧制变形时聚合的结果,改进连铸工序可消除夹杂性裂纹产生的根源。为抑制内部裂纹在最终轧材中出现,除需改进连铸工序外,研究还表明,应将终轧温度控制在900℃以上,同时应选择适宜的总变形程度和道次变形程度以抑制裂纹的产生。对于已经出现于45 号钢圆棒材内部金属基体间的裂纹,在150~300℃保温2 小时以上及在常温下经过较长时间自然放置后,可以实现一定程度的愈合。
王博[4]2016年在《重压下铸坯制过程中内部缺陷演变行为的研究》文中提出随着冶金技术的发展,连铸坯质量问题已经得到了很大的改善。但由于生产、操作工艺的影响,铸坯内部质量问题不可能完全消除。90%的金属成型都涉及到轧制工艺,轧制的目的除了为了得到预期的几何形状外,更重要的是减轻或消除内部缺陷,获得优良的组织性能。本文以重压下铸坯为研究对象,分析重压下铸坯内部质量(内部裂纹、夹杂物、带状组织)及析出相的影响,并对后续轧制过程中内部缺陷的演变行为进行研究,论文研究主要内容及进展如下:(1)对不同重压下铸坯内部裂纹进行分析,通过实验与模拟相结合的方法,对加热及轧制过程轧件内部不同类型裂纹(中间裂纹、叁角区裂纹及中心裂纹)的演变行为进行了研究。结果表明,铸坯内部小于20μm的内部裂纹可以通过加热的方式愈合,并且加热温度越高,裂纹愈合情况越好。对轧件预置内部裂纹在轧制过程中的演变行为进行了模拟研究,验证了模型的正确性。并对板坯不同类型的内部裂纹的在轧制过程中的演变情况进行了分析。研究发现,轧件内部裂纹愈合过程主要经过裂纹表面贴近、裂纹局部愈合和完全愈合叁个阶段。(2)对不同重压下铸坯内部夹杂物进行分析,建立了夹杂物轧制过程中演变模型,采用实验室试验与数值模拟相结合的方法验证了模型的正确性。分析了轧制过程中不同类型、不同尺寸、不同位置夹杂物轧制过程的演变行为,并对轧制过程中夹杂物在轧件中相对位置变化进行了分析。通过对轧制过程中难、易变形夹杂物与周围基体的变形情况进行研究,分析了轧制过程中难变形夹杂物周边产生微小裂纹的原因。(3)对不同压下制度铸坯、加热坯及轧件组织进行分析。结果表明,重压下铸坯偏析情况得到明显改善;通过对不同压下制度铸坯中铁素体比较可以发现,未压下铸坯心部铁素体尺寸最为粗大,压下10mm铸坯铁素体尺寸有所减小,压下20mm铸坯铁素体最为细小,并且铸坯由心部向表层铁素体尺寸有减小的趋势。重压下铸坯轧制后的带状组织较为均匀,而未压下铸坯心部相互平行的铁素体带间出现了很多异常粗大的珠光体组织;通过对不同压下制度、不同轧制道次轧件的拉伸、冲击及探伤性能测试结果可以发现,重压下制度对轧件力学综合性能的提高有一定的帮助,对于拉伸及冲击性能,随着压缩比的增加材料的拉伸及冲击性能提高。(4)不同压下制度铸坯中析出物主要为(Nb,Ti)(C,N)析出,形状多为不规则多边形,同时可以看出铸坯中析出物尺寸由析出位置至表层逐渐减小,而对于压下20mm铸坯近表层处析出分析可以发现,近表层处析出物的数量明显增多,呈弥散分布;淬火铸坯中的析出物多为规则的方形,析出物尺寸在20-40nm之间,析出物多为(Nb,Ti)(C,N)析出。与铸坯中析出情况相比可以看出,析出物尺寸略有减小;不同轧制道次下析出物多以方形为主,并且随着轧制道次的增加,析出物尺寸明显减小。轧制的五道次,轧件心部析出物尺寸在100-120nm左右,表层位置处析出物尺寸在80-90nm左右。轧制第九道次钢中析出物尺寸明显减小,心部析出物尺寸在60-80nm左右,表层处析出物在30-50nm左右。
薛鹏帅[5]2012年在《电脉冲处理对新型热作模具钢焊接接头组织及性能的影响》文中研究表明自中国加入世贸组织以来，全球的机械加工行业开始向中国内地转移，中国逐渐成为世界制造业的心脏。为了减少进口高档模具的份额，我国在模具材料的研制及生产中努力取得突破，使国产模具的质量得到稳步提升。在工业生产中，模具长时间处于冷热交替的环境，性能因此受到很大的影响，所以模具会经常出现疲劳裂纹甚至局部剥落。为了减少模具失效所带来的生产成本增加，模具的焊接修补已经成为制造业的重要技术手段。本文以新型热作模具钢(HHD)为研究对象，采用药芯焊丝钨极氩弧焊(TIG)对HHD钢进行焊接，分别研究热处理工艺和电脉冲处理工艺对HHD钢焊接接头组织及性能的影响规律，探讨脉冲电流作用下HHD钢焊缝裂纹的愈合规律和愈合机理。在HHD钢药芯焊丝钨极氩弧焊(TIG)的焊接接头中，各区域的组织形态差别较大，且组织分布不均匀。焊缝中各堆焊层组织有明显区别，第一层组织最为粗大，第二、叁、四层组织相对细小；熔合区的组织为粗大的白色铁素体，铁素体晶界上析出大量针状碳化物；热影响区的组织为粒状贝氏体和少量马氏体；母材在焊接过程中受到的热作用较小，为铁素体和珠光体的混合组织。对HHD钢焊接接头进行调质处理，调质处理后HHD钢焊接接头各区域组织出现不同程度的细化。焊缝中的碳化物向铁素体内部扩散，弥散分布于铁素体基体上；熔合区粗大的铁素体消失；热影响区的马氏体转变成渗碳体；母材区的组织仅发生形态上的变化。与焊态时HHD钢的焊接接头硬度相比，调质处理后焊缝和熔合区硬度降低，母材区的硬度升高，热影响区硬度无明显变化。对调质处理后的HHD钢焊接接头施加脉冲电流，在焊缝区、热影响区、母材区都发现了细化组织，并且随着脉冲时间的增加，组织细化效果显着。在脉冲电流作用下，HHD钢焊接接头的抗拉强度和延伸率均有所提高，并且焊接接头各区域硬度趋于一致。焊缝裂纹出现不同程度的愈合，在一定范围内，脉冲时间越长，效果越明显。当电压为5V，脉冲时间为460ms(23个周波)时，所获得的HHD钢焊接接头机械性能最佳。脉冲电流能够使新型热作模具钢TIG焊焊接接头在瞬间完成升温至冷却的过程，大量奥氏体晶粒的生长因此受到抑制，获得细化组织，整个焊接接头的硬度和抗拉强度均有显着提升，脉冲电流在一定程度上能够促使焊缝裂纹愈合。将这种处理手段应用于工业上，能够提高补焊后模具的机械性能，使模具拥有更长的生命周期。
宋金瓯[6]1999年在《汽车催化器非稳态数学模型的研究》文中提出本文研究工作是国家自然科学基金重点项目“金属材料内部裂纹愈合研究”和面上项目“金属材料内部损伤自修复机制及控制模式研究”的重要组成部分。研究金属材料内部裂纹愈合规律,目的是延长普通金属材料使用寿命、提高其品质,并力图揭示材料损伤的发展与演化过程。采用平板撞击方法在纯铜和45 号钢中预置内部裂纹,采用钻孔压缩方法在纯铜、20 号、45 号和20MnMo 钢及80 号钢中预置内部裂纹,通过扫描电子显微镜下的准原位观察、超声扫描探测及金相观察,发现单纯高温愈合处理条件下,各种材料试样的内部裂纹尺度均有减小趋势,尤以裂纹尖端愈合最为明显。纯铜和亚共析钢愈合区组织远比基体组织细密,在亚共析钢中这种组织是细晶的铁素体,形成细晶组织的主要原因是愈合区内存在的大量微孔洞拖曳晶界迁移,抑制了晶粒长大。合金元素C、Mn 和Mo 含量的差异对裂纹愈合没有明显影响。根据平板撞击试样内部裂纹愈合情形判断,单纯高温愈合处理条件下可出现较明显愈合迹象的裂纹尺度大约为几十微米。而对20 号和20MnMo 钢的实验表明,在一定的热塑性变形条件下,预置内部裂纹在相当短的时间内即可实现完全的愈合,但愈合区内仍然呈现细晶铁素体组织。单纯高温扩散处理条件下金属材料内部裂纹愈合过程基本可划分为四个阶段。拉伸实验表明在1000-1100℃进行愈合处理,保温时间达到60min 以上对含预置内部裂纹的45 号钢试件拉伸强度的恢复最为有利。采用分子动力学方法在纳观尺度上模拟了BCC-Fe 内部裂纹愈合过程,结果表明,只有在临界温度673K以上,BCC-Fe 内部裂纹出现愈合趋势,伴随裂纹愈合产生空位、位错和孪晶等晶体缺陷,愈合过程中这些缺陷形态和位置可能变化,但很难消失。结合工业生产实际,对石家庄钢铁股份有限公司45 号钢圆棒材内部裂纹的控制与抑制进行了研究,发现最主要的缺陷类型为位于圆棒材横截面径向1/4 部位的成簇长裂纹,是连铸坯柱状晶间聚集的塑性夹杂物在轧制变形时聚合的结果,改进连铸工序可消除夹杂性裂纹产生的根源。为抑制内部裂纹在最终轧材中出现,除需改进连铸工序外,研究还表明,应将终轧温度控制在900℃以上,同时应选择适宜的总变形程度和道次变形程度以抑制裂纹的产生。对于已经出现于45 号钢圆棒材内部金属基体间的裂纹,在150~300℃保温2 小时以上及在常温下经过较长时间自然放置后,可以实现一定程度的愈合。
张永军[7]2003年在《金属材料内裂纹愈合过程的物理模拟与计算机模拟》文中研究表明对金属材料内部裂纹愈合的机理、行为和规律进行深入研究,是改善金属材料性能、提高品质和延长使用寿命的重要基础性工作,对丰富材料学理论具有十分重要的意义,在材料设计、材料成形和材料使用指导方面有广泛的工程应用背景和潜在的经济和社会效益。本文选题结合国家自然科学基金重点项目“金属材料内部裂纹愈合研究”的主要研究工作,采用物理模拟和数值模拟分析方法对金属材料内部裂纹愈合规律进行了研究,并在此基础上进行了裂纹愈合过程的扩散热力学分析及裂纹愈合内变量分析。在物理模拟研究方面:对于用平板撞击和钻孔压缩两种方法制备的试样,平板撞击铜试样中的层状内部裂纹由微孔洞连接形成的裂纹及临域离散分布的显微孔洞组成;钻孔压缩纯铁、20 钢、45 钢、16Mn 和5CrMnMo 钢试样中的内部裂纹由预置孔洞演化形成的一次裂纹及临域放射状二次裂纹组成。通过高温显微镜裂纹愈合的原位动态观察发现:在平板撞击纯铜试样剖分面上,10~100μm 级孔洞在温度为750℃时开始愈合,在900℃时明显愈合;扫描电镜观察发现:愈合孔洞的精细结构由μm 级团状颗粒与nm 级颗粒组成。基于上述观察研究认为,对于试样观察面上的开放式孔洞,其愈合过程是由位于基体内部的孔洞内表面向观察面进行的;由此推之对于封闭在试样内部的孔洞,其愈合过程的发生将会是从孔洞的内表面向孔洞的中心部位进行的。对纯铁、20 钢、45钢、16Mn 和5CrMnMo 钢钻孔压缩试样内部裂纹进行了热愈合处理,并对愈合区域进行了形态、组织结构、化学成分和力学性能的观察与分析。扫描电镜分析确定,愈合区内精细组织主要为铁素体,并存在许多大小为数百nm 级的多边晶块和析出颗粒。X 射线能谱分析结果表明,基体区、愈合区及析出颗粒中的主体元素均为Fe、Mn、S 和Si,各元素在不同区域的相对含量接近。出现析出颗粒说明愈合区是过饱和区,即愈合过程必须有原子的长距离扩散以满足成分上的需要。成分趋于一致说明在随后的保温过程中,发生了成分均匀化的扩散过程。维氏硬度测试结果显示,出现在愈合区的铁素体组织维氏硬度高于基体区铁素体组织,可能原因是愈合区中出现的多边晶块结构所引发的强化。在数值模拟研究方面:利用分子动力学方法,对Cu 单晶中心贯穿裂纹的愈合形态演化过程进行了模拟,结果表明裂纹形态演化与建立在大量实验观察基础上所获得的形态演化物理模型类似。用ANSYS 有限元分析软件,模拟了压缩过程中45 钢圆柱试样中心孔洞的闭合过程,分析了孔洞的闭合规律及闭合过程中孔洞周围的应力状态。
章顺虎[8]2013年在《金属塑性成形力的线性化解法研究及应用》文中认为金属塑性成形技术具有生产率高、材料利用率高、产品质量稳定等优点,而且还能有效改善工件的力学性能,在金属零件制造过程中占据重要的地位。完成金属的塑性成形需要对金属材料施加外力的作用,需要优化成形参数,使成形过程更加节能减排,进而降低成本,增强市场竞争力。塑性成形产品使用时,还需对结构件进行参数设计、强度校核,确保其使用安全。求解金属塑性成形力能参数的计算方法主要有解析法和数值法。对于大部分金属成形问题,简化实际工艺过程及采用理想化的材料状态,现有的求解方法能够给出有价值的分析和理解；对于影响因素多、边值方程复杂的许多金属成形问题,求解仍显得无力,只能借助计算机给出离散的数值解。然而,解析解具有不可替代的理论价值,在认识问题本质,分析不同变量之间的物理关系,以及检验数值解法等方面起到至关重要的作用。本文针对轧制、拉拔成形力以及圆板、管线极限承载力解析上存在的诸如物理方程非线性、几何方程非线性以及边界条件复杂性等问题,进行了线性化解法及其应用的研究。本文的主要工作和主要进展如下：(1)针对同步轧制(或称对称轧制)功率泛函非线性的问题,提出了内部变形功率线性化的两种方法。一是直接对非线性Mises比塑性功率进行线性化的应变矢量内积法；二是采用线性的比塑性功率近似取代非线性Mises比塑性功率的方法。至于轧制剪切功率与摩擦功率,则以共线矢量内积并求和的方法获得了解析解。从分析厚板轧制的变形特点入手,提出了厚板轧制流函数速度场和整体加权速度场,并首次导出了厚板轧制力和力矩的解析解,给出了摩擦因子、几何因子对中性点位置的影响规律。轧制力和力矩的计算结果与实测数据吻合,得出的参数变化规律符合实际情况,填补了国内外在该领域的空缺。以上线性化解法对于挤压、拉拔、锻造等成形过程中功率泛函的解析具有启发意义。(2)考虑到传统工程法解析不对称轧制力忽略单元体纵向剪应力的不足,首次给出了纵向剪应力在前滑区、搓轧区以及后滑区的线性分布形式与定量表达式,并通过将净剪应力引入到力的平衡方程式中而获得了不对称轧制力和力矩的解析解。与传统解法比较表明,新解法提高了求解精度,所获不对称轧制力和力矩解析解能确切地反映出不对称轧制的“搓轧”效应。新解法提供了多变量耦合计算的科学手段,对传统解法的优化和发展具有指导意义。(3)以简化裂纹压合非线性功率泛函积分为研究目的,构造了含中心微裂纹的上界叁角形速度场,并由该速度场推导出了裂纹压合的临界力学判据,即l/h>0.518时裂纹压合。与传统判据比较发现,该判据恰好落在塔尔诺夫斯基(Tарновский)的实验范围内,且比木内学(Kiuchi)给出的判据简练、应用方便。此外,针对目前孤立研究裂纹压合与愈合的现状,本文以裂纹处局部温升为纽带,首次建立了中心微裂纹压合与愈合同时进行的综合判据,阐明了二者问的直接依赖关系,并给出了主要轧制参数对裂纹愈合效果的影响规律。预置裂纹轧制实验与现场应用表明,本文所提综合判据合理,对于实现减量化轧制和改善厚板中心内部质量具有实际意义。(4)为深入研究线性化解法的特点并扩大其应用范围,建立了柱坐标系下锥模拉拔速度场和抛物线模拉拔流函数速度场,并对拉拔内部变形功率进行了线性化分析。研究表明,应变矢量内积法和MY (Mean Yield)准则比塑性功率取代非线性Mises比塑性功率的方法对于拉拔力的解析同样适用。拉拔力的计算表明,锥模采用应变矢量内积法求出的结果与Avitzur利用球坐标速度场得到的上界结果一致；双抛物线模计算结果与有限元模拟结果相吻合。此外,双抛物线模因符合流函数条件,出入口截面不消耗剪切功率,具有明显降低拉拔力,改善应力集中,减少模具磨损,提高成材率等优点,符合现代化生产的要求,应用前景广泛。以上两种线性化方法为解决复杂曲面模功率泛函的有效积分提供了新思路。(5)鉴于传统屈服准则解析简支圆板极限载荷时存在的问题,提出了功率线性化解法和应力线性化解法。两解法具有明显的不同,前者从能量平衡原理出发,建立在运动许可速度场之上,而后者从力的平衡原理出发,建立在静力许可应力场之上。以上两种解法均解决了在圆板极限载荷计算时Tresca准则因计算保守而浪费材料、Mises准则因非线性求解困难而只能获得数值解的问题。结果表明,本文获得极限载荷的EA(等面积)解和GM(几何中线)解均居于Tresca与TSS(双剪应力)解之间,且靠近Mises数值解,有较高的逼近程度。极限载荷的计算结果与有限元模拟结果吻合较好,进一步验证了以上两种线性化方法的可行性和有效性。以上解法对于获得其它工程结构件力能参数的解析解具有一定的参考价值。(6)根据线性化解析的需要,首次开发了具有明确几何意义的等周长(简称EP)屈服准则并导出了其比塑性功率表达式。该准则的屈服轨迹在π平面上为等边非等角的十二边形,对Mises圆具有较高的逼近程度。结合管线钢的变形特点及发展趋势,突破传统解法仅能解决刚塑性材料的限制。在应用MY屈服准则和EP屈服准则分别对直管和弯管爆破压力进行线性化解析中,有效地融入了变分法求应变场的优势。两种方法组合解析发挥了解法间优势互补的作用,所获爆破压力解析解考虑了应变硬化效应的影响。研究发现,把(?)p/(?)ε=0作为爆破失效的判据是合理的,管线几何尺寸、工程抗拉强度、应变硬化指数以及弯管曲率影响因子是决定爆破压力大小的关键因素。实验数据验证了解析结果的正确性,爆破压力的MY解和EP解对于压力管道的选材、设计以及安全评定具有重要意义。
马凯[9]2013年在《金属内部微裂纹热塑性修复的元胞自动机模拟》文中指出金属材料加工成形和其服役过程中，热、力、环境等条件是构件内部引入微裂纹（孔洞）型缺陷的主要影响因素。微裂纹的存在破坏了金属材料织构的连续性，在金属构件受到应力载荷时易造成应力集中，而材料撕裂破坏常常是应力集中的表现结果，微裂纹的存在往往是导致金属构件失稳断裂、寿命降低甚至报废等情况的罪魁祸首。所以，对于材料内部缺陷的控制和预报以及对于金属材料内部裂纹修复愈合的工作展开是一项很迫切的工作，这对提高金属材料使用寿命和工程施工安全均有着深远的意义。课题以航空7050铝合金作为研究对象，借助于Gleeble-3500热模拟压力机所得到的单道次热压缩真应力-应变实验数据，建立了此种材料的流变应力数学模型和再结晶动力学数学模型，为CA模拟工作提供计算参数和理论支持。基于日益成熟的元胞自动机（CellularAutomaton，简称CA）技术和计算机编程的优势，在Microsoft Visual C++平台上编制了包含拓扑变形机制、位错密度演变机制、“裂纹编制”手段、动态再结晶行为机制、“固-气”表面能驱动理论、晶粒长大模型的微裂纹热塑性修复的微观组织CA演化规则。针对裂纹表面和母相晶界的不同特征，提出再结晶过程中“固-气”表面能和晶界能驱动下不同的晶粒长大方式。从理论上模拟了动态再结晶条件下的金属材料内部微裂纹热塑性修复的整个过程。在此框架的基础上，通过调试程序参数，着重对影响内裂纹的热塑性条件，如：应变、温度、裂纹形貌叁个主要因素进行了分析与探索，本工作总结了裂纹修复过程的演变规律和特征，研究了不同因素对裂纹愈合效果的影响。最终，建立了动态再结晶条件下的元胞自动机微裂纹修复模拟模型，从理论上探讨了更能反映微观物理界面本质的微裂纹修复机制。CA模型的优越性，对热加工工艺生产实践以及相关模拟软件的开发有一定的指导意义。
孟凡莹[10]2011年在《大型锻件内裂纹愈合的理论和实验研究》文中研究说明大型锻件作为大型成套设备的核心零件,对国民经济建设、国防装备发展和现代尖端科学技术重大装置的发展影响很大。其生产能力、产品级别与性能质量水平是一个国家工业水平的标志之一。在大型锻件生产中,锻件内裂纹缺陷是直接影响大型锻件质量的共性技术难题。论文针对大型锻件内裂纹缺陷愈合的现象,对其内裂纹愈合的行为特性以及愈合原理进行了深入的实验和理论研究。内裂纹愈合实验中发现,内裂纹愈合在细观上表现为内裂纹表面愈合结晶或内裂纹表面附近的基体晶粒长大。内裂纹表面愈合结晶与内裂纹表面附近的基体晶粒长大都是内裂纹表面迁移的方式,二者的物质来源是基体中的原子扩散。内裂纹愈合过程发生必然存在其热力学驱动力,对含不同形态内裂纹的试样进行了加热保温实验、热塑性变形实验以及热塑性变形后加热保温实验。实验发现,内裂纹存在愈合现象,其愈合行为与加热温度、保温时间等外部因素有关,但受裂纹自身条件控制。根据实验结果提出内裂纹表面附近的畸变能是内裂纹愈合的驱动力。内裂纹愈合的宏观过程即是内裂纹表面向裂纹中心方向迁移的过程,根据界面迁移理论及表面TLK模型,提出内裂纹表面迁移的物理模型。根据热力学原理,得到扁平币形内裂纹表面迁移行为启动的判据,提出孔隙型缺陷表面迁移行为启动临界半径的概念。内裂纹愈合的微观过程是基体中原子向裂纹表面扩散迁移的过程,根据热力学定律,得到内裂纹愈合的热力学模型,可以用来估算内裂纹的最终愈合程度,该模型的计算结果符合内裂纹愈合实验得到的内裂纹愈合规律。根据原子扩散理论,得到以内裂纹表面附近畸变能为驱动力的内裂纹原子扩散愈合模型,该模型的计算结果与实验结果接近。
参考文献：
[1]. 改善连铸板坯缺陷的轧制工艺[D]. 刘晓烨. 燕山大学. 2013
[2]. 金属材料裂纹自愈合的热处理试验研究[D]. 肖亚航. 西安理工大学. 2007
[3]. 金属材料内部裂纹愈合规律的研究[D]. 韦东滨. 北京科技大学. 2001
[4]. 重压下铸坯制过程中内部缺陷演变行为的研究[D]. 王博. 北京科技大学. 2016
[5]. 电脉冲处理对新型热作模具钢焊接接头组织及性能的影响[D]. 薛鹏帅. 吉林大学. 2012
[6]. 汽车催化器非稳态数学模型的研究[D]. 宋金瓯. 大连理工大学. 1999
[7]. 金属材料内裂纹愈合过程的物理模拟与计算机模拟[D]. 张永军. 北京科技大学. 2003
[8]. 金属塑性成形力的线性化解法研究及应用[D]. 章顺虎. 东北大学. 2013
[9]. 金属内部微裂纹热塑性修复的元胞自动机模拟[D]. 马凯. 上海工程技术大学. 2013
[10]. 大型锻件内裂纹愈合的理论和实验研究[D]. 孟凡莹. 燕山大学. 2011
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