金屬材料多沖碰撞試驗與低應力塑性行為研究.pdf

1、工程實際應用中發(fā)現(xiàn)：在低應力(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，許多關鍵金屬零構件會因發(fā)生宏觀累積塑性變形而導致失效。本文針對這一現(xiàn)象進行了試驗研究，并且以試驗數(shù)據(jù)為基礎，分析了材料在低應力多碰條件下發(fā)生宏觀累積塑性變形規(guī)律，探討了低應力多碰下發(fā)生塑性變形的機理。 根據(jù)多碰試驗需要，本文對多碰試驗機系統(tǒng)各相關模塊進行了設計改進。在對原關鍵部件——旋轉換向閥進行受力分析基礎上，設計了含有兩個插裝閥和一個

2、電磁換向閥的兩位三通換向裝置來代替旋轉換向閥，實際應用表明該裝置工作穩(wěn)定可靠可以滿足試驗需要。此外，基于高速CCD設計了多碰試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用MATLAB程序可以在像素級提取試驗數(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和激光熔覆表面強化常用的鎳基合金Ni-2作為試驗材料進行了多碰試驗，為便于比較研究對這兩種材料的試件在相同的多碰載荷條件下進行試驗：頻率為4Hz、峰值應力為130MPa。

3、(1)分別做出了兩種試件平均應變率、累計應變、層深和碰撞次數(shù)間的關系曲線。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、總應變不同；c)分層硬化現(xiàn)象：(2)對試件多碰前后的金相組織進行對比分析發(fā)現(xiàn)：低應力多沖碰撞后，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)針對兩種不同的材料，對應變區(qū)域總應變與碰撞次數(shù)的關系數(shù)據(jù)進行了回歸分析，得出了兩種材料累積總應變的回歸曲線。利用該公式可以計算出材料在給定碰撞次數(shù)下的累積塑性變形量。 以試驗數(shù)據(jù)為基礎，結合對試件的微觀組織分析，本文對材料在低應力多碰條件下累積塑性變形的機理進行了探討：(1)建立了多碰位錯運動模型，并且結合試驗數(shù)據(jù)對該模型進行了分析；(2)根據(jù)現(xiàn)有塑性變形理論，對材料多碰宏觀累積塑性變形的機理進行了初步探

5、討：a)能動理論：在多沖碰撞載荷下，振動的質點在某一時刻有可能處在勢能山的半坡上，多次沖擊可能將質點推過能峰，使位錯向前移動，晶體開始滑移，宏觀上表現(xiàn)為塑性變形；b)多碰溫升效應：多碰載荷下，由于溫升效應，位錯有可能通過攀移出塞積群而消失，從而對低應力多碰變形做出貢獻；c)組織結構的變化：在多碰載荷的作用下，出現(xiàn)了晶界滑移、亞結構和孿晶形成等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生都有利于位錯啟動與增殖；d)多碰動態(tài)響應理論：多碰會在試件內產(chǎn)生由表及里傳播