金屬材料多沖碰撞試驗(yàn)與低應(yīng)力塑性行為研究.pdf

1、工程實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：在低應(yīng)力(約為材料屈服極限的1/10～1/3)多沖碰撞載荷條件下服役時(shí)，許多關(guān)鍵金屬零構(gòu)件會(huì)因發(fā)生宏觀累積塑性變形而導(dǎo)致失效。本文針對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并且以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了材料在低應(yīng)力多碰條件下發(fā)生宏觀累積塑性變形規(guī)律，探討了低應(yīng)力多碰下發(fā)生塑性變形的機(jī)理。 根據(jù)多碰試驗(yàn)需要，本文對(duì)多碰試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)各相關(guān)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)。在對(duì)原關(guān)鍵部件——旋轉(zhuǎn)換向閥進(jìn)行受力分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了含有兩個(gè)插裝閥和一個(gè)

2、電磁換向閥的兩位三通換向裝置來代替旋轉(zhuǎn)換向閥，實(shí)際應(yīng)用表明該裝置工作穩(wěn)定可靠可以滿足試驗(yàn)需要。此外，基于高速CCD設(shè)計(jì)了多碰試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用MATLAB程序可以在像素級(jí)提取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)采集的精確度。 以核電、化工閥門常用的不銹鋼1Cr18Ni9Ti和激光熔覆表面強(qiáng)化常用的鎳基合金Ni-2作為試驗(yàn)材料進(jìn)行了多碰試驗(yàn)，為便于比較研究對(duì)這兩種材料的試件在相同的多碰載荷條件下進(jìn)行試驗(yàn)：頻率為4Hz、峰值應(yīng)力為130MPa。

3、(1)分別做出了兩種試件平均應(yīng)變率、累計(jì)應(yīng)變、層深和碰撞次數(shù)間的關(guān)系曲線。發(fā)現(xiàn)兩種材料具有相似的累積塑性變形規(guī)律：a)多碰應(yīng)變的雙“趨表”現(xiàn)象；b)在相同的多碰條件之下，不同材料其累積塑性變形總深度不同、總應(yīng)變不同；c)分層硬化現(xiàn)象：(2)對(duì)試件多碰前后的金相組織進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：低應(yīng)力多沖碰撞后，試件表層組織模糊混亂，出現(xiàn)大量的晶粒晶界碎化現(xiàn)象，并且隨層深的增加逐步減輕，直到幾乎與多碰前金相組織相似；晶粒有明顯變形且變形方向與碰撞方向

4、成30°～45°；(3)針對(duì)兩種不同的材料，對(duì)應(yīng)變區(qū)域總應(yīng)變與碰撞次數(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析，得出了兩種材料累積總應(yīng)變的回歸曲線。利用該公式可以計(jì)算出材料在給定碰撞次數(shù)下的累積塑性變形量。 以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合對(duì)試件的微觀組織分析，本文對(duì)材料在低應(yīng)力多碰條件下累積塑性變形的機(jī)理進(jìn)行了探討：(1)建立了多碰位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)模型，并且結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行了分析；(2)根據(jù)現(xiàn)有塑性變形理論，對(duì)材料多碰宏觀累積塑性變形的機(jī)理進(jìn)行了初步探

5、討：a)能動(dòng)理論：在多沖碰撞載荷下，振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻有可能處在勢(shì)能山的半坡上，多次沖擊可能將質(zhì)點(diǎn)推過能峰，使位錯(cuò)向前移動(dòng)，晶體開始滑移，宏觀上表現(xiàn)為塑性變形；b)多碰溫升效應(yīng)：多碰載荷下，由于溫升效應(yīng)，位錯(cuò)有可能通過攀移出塞積群而消失，從而對(duì)低應(yīng)力多碰變形做出貢獻(xiàn)；c)組織結(jié)構(gòu)的變化：在多碰載荷的作用下，出現(xiàn)了晶界滑移、亞結(jié)構(gòu)和孿晶形成等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生都有利于位錯(cuò)啟動(dòng)與增殖；d)多碰動(dòng)態(tài)響應(yīng)理論：多碰會(huì)在試件內(nèi)產(chǎn)生由表及里傳播