【摘 要】
:
金属零件中非金属夹杂物的存在严重削弱了基体的力学性能,因此高端装备用大型锻件对其内部非金属夹杂物的尺寸与分布状态均具有严格限制。现阶段的冶炼技术无法完全去除钢中的非金属夹杂物,对于钢锭内部危害较大的大尺寸硬性夹杂物,锻造变形是使其破碎和弥散的主要途径。因此,针对锻件中硬性夹杂物锻造过程中的破碎与弥散行为展开研究,可为解决生产中由硬性夹杂物导致的锻件制废问题提供相应的理论基础与技术支撑。本文以钢中典
【基金项目】
:
国家自然科学基金项目:锻件热变形过程中硬性夹杂物的破碎与弥散机理研究(项目编号:51675465);
论文部分内容阅读
金属零件中非金属夹杂物的存在严重削弱了基体的力学性能,因此高端装备用大型锻件对其内部非金属夹杂物的尺寸与分布状态均具有严格限制。现阶段的冶炼技术无法完全去除钢中的非金属夹杂物,对于钢锭内部危害较大的大尺寸硬性夹杂物,锻造变形是使其破碎和弥散的主要途径。因此,针对锻件中硬性夹杂物锻造过程中的破碎与弥散行为展开研究,可为解决生产中由硬性夹杂物导致的锻件制废问题提供相应的理论基础与技术支撑。本文以钢中典型的硬性Al2O3夹杂为研究对象,采用热压烧结方法制备了内含不同气孔率的烧结Al2O3夹杂试样。通过Gleeble-3800热/力模拟试验机及专用的加热压缩装置对烧结Al2O3夹杂试样进行了系列变形条件下的热压缩实验,获得了不同气孔率Al2O3夹杂的相关热物理性能参数,并建立了气孔率相关的Al2O3夹杂高温破碎强度预测模型。研究表明,烧结Al2O3夹杂的气孔率与烧结温度呈负相关;Al2O3夹杂高温破碎强度与应变速率呈正相关,与气孔率和变形温度呈负相关,且对变形温度更敏感;较高的Z值或较低的气孔率均会导致其破碎模式由沿晶断裂向穿晶断裂转化。将Al2O3夹杂高温破碎强度预测模型嵌入有限元模拟软件,建立了基于Voronoi结构的晶间内嵌Cohesive单元的Al2O3夹杂代表体元模型,以夹杂高温破碎强度为其破碎行为的临界判据,对Cohesive单元失效参数进行了标定,并采用跨尺度子模型方法分析了各因素对锻件中Al2O3夹杂破碎变形的影响。研究表明,比例系数k=2时Al2O3夹杂的模拟真实应力-应变曲线与实验真实应力-应变曲线具有更高的吻合度;变形温度的升高或变形速度的降低均会促进近密实状态Al2O3夹杂的破碎;随着夹杂所处位置由小变形区过渡到大变形区,夹杂破碎难度逐渐降低;夹杂形状越规则、气孔率越低,其在锻造过程中发生破碎的难度越大。采用粉末冶金技术与3D打印熔覆成形技术相结合的方法制备了内置Al2O3夹杂的金属试样,对内置Al2O3夹杂金属试样与含原生Al2O3夹杂金属试样进行了系列变形条件下的锻造实验,补充研究各因素对Al2O3夹杂破碎及弥散行为影响的同时还对前述有限元模拟方法进行了验证。研究表明,Al2O3夹杂气孔率越高,变形路径越复杂,其在锻造过程中越易发生破碎与弥散变形;降低变形温度或提高变形速度的工艺方案可显著提高具有较高气孔率Al2O3夹杂的破碎与弥散程度,反之则更有利于具有较低气孔率Al2O3夹杂破碎的发生;含原生Al2O3夹杂试样锻造变形实验进一步验证了上述有限元模拟及实验研究的准确性。基于Al2O3夹杂破碎与弥散工艺的研究基础,为进一步评估含夹杂锻件的相关性能,烧结制备了弥散分布不同粒径与含量Al2O3夹杂的304L金属试样,通过相关力学性能测试实验研究了弥散态Al2O3夹杂的含量与尺寸等因素对其金属基体力学性能的影响。研究表明,常温拉伸实验中,弥散分布Al2O3夹杂试样的拉伸损伤因子与夹杂含量呈正相关,且随着夹杂粒径的提高呈现先下降后上升的趋势;夹杂含量与粒径的提高均会促进金属基体断裂机制由韧性断裂向脆性断裂转变。高温压缩实验中,弥散分布Al2O3夹杂试样的应力软化指数随着夹杂含量与粒径的提高而增加;随着夹杂粒径的提高,试样软化机制由动态再结晶软化和界面裂纹软化结合的混合软化机制向界面裂纹软化机制转变。
其他文献
随着社交网络生态系统日趋完善,社交网络用户的活动更加密集,尤其对高质量多媒体内容的追求与日俱增,其需求和行为呈现多样性和复杂性的特征,这对传统网络资源管理提出了更加严峻的挑战。本文旨在通过随机理论、马尔可夫过程、排队论、动力学、回归和神经网络以及数据挖掘方法,从网络资源管理和网络服务质量两个维度分析在线社交网络用户行为机制。以用户行为对网络资源管理和网络服务质量的影响为切入点,基于用户随机行为多样
多芯微纳光纤是包层直径在微米或者纳米量级的光纤波导,由于存在较强的倏逝场,对外界参量的变化十分敏感。与普通光纤传感器件相比,基于多芯微纳光纤的传感器具有以下优势:高灵敏度、小尺寸、多参量检测、易与其他光波导器件耦合等,在折射率、温度、应力、声波、电流、磁场和生化等方面的传感应用受到越来越广泛地关注。因此对多芯微纳光纤传感器的研究具有重要的理论价值和实际意义。本文分析了基于多芯微纳光纤传感结构的折射
机构是机械装备实现其运动功能的载体,两转一移三自由度(2R1T 3DOF)并联主轴头能够发挥并联机构的高动态性能,高刚度/质量比的特性,在大型航空整体结构件高效加工领域具备先天优势。本文从机构创新的角度出发,为实现大型铝合金结构件的高效加工,开展新型多转动中心2R1T并联机床主轴头机构的设计及理论研究,主要研究内容如下:对一种多转动中心3-UPU(A)型并联机构及其变体机构3-UPU(B)型并联进
在康复机器人研发中引入工业设计方法对机器人交互性和功能性进行设计提升,是提高机器人康复服务的重要手段。本文将工业设计方法与机器人技术相结合,提出一种针对脑卒中术后初期患者康复需求的下肢康复机器人,主要研究内容如下:针对脑卒中患者下肢康复的工作环境需求,提出满足下肢康复训练功能的康复机器人设计方法;结合下肢功能障碍病因机理进行用户情景分析,利用TRIZ理论的物-场分析法和标准解法明确设计方向和机构功
膨胀石墨(EG)作为一种新型多功能碳材料,由于其传统制备工艺主要采用以硫酸为主的化学氧化法,其膨胀体积多为200-300 m L/g,其残余的硫易造成腐蚀和催化剂失活等副作用,且制备过程中产生的二氧化硫气体会加剧空气污染。因此高膨胀体积无硫膨胀石墨的制备和膨胀石墨功能材料的研发以及其工程应用领域拓展,是当今的膨胀石墨材料的开发与应用中的热点。基于此,本学位论文设计一种高膨胀体积的无硫膨胀石墨的制备
抽油机井工作过程中,抽油杆柱存在明显的振动。抽油杆柱振动将影响油井悬点示功图、泵功图与杆管接触状态,进而影响油井能耗与杆管偏磨情况。因此,对杆柱振动力学的研究是抽油系统节能优化设计与杆管防偏磨设计的基础。目前对定向井抽油杆柱振动力学的研究尚存在不足:未考虑抽油泵内流体气液分离对杆柱纵向振动的影响;未考虑弯曲井眼轨道对轴向往复运动抽油杆柱振动的激励;未指明杆柱扭转振动的激励。针对上述不足,并以静、动
近年来,安防监控系统在城乡的覆盖率迅速增加,如何处理和分析海量的监控视频成为国家公共安全建设亟待解决的问题。异常事件是威胁公共安全的主要因素之一,因此研究异常检测技术具有重要意义。目前许多研究人员基于不同类型的特征,利用深度学习方法来训练异常事件检测模型,推动了异常事件检测技术的发展。然而,已有的工作在单场景或多场景中实体间时空关系建模、从长时视频序列中学习正常特征方面仍有不足,无法满足实际应用需
随机优化控制是控制论的一个重要分支,由于该问题的普遍性,相关建模和应用越来越受到学术界和业界的关注。本文介绍了随机优化控制的两种优化方法-动态规划和灵敏度方法,前者由于其独特的求解思路灵敏度方法在各种复杂情况下更加适用和高效。然后将灵敏度方法应用于投资组合中三个特殊的优化问题-非期望效用优化问题、有约束的线性二次型最优控制问题以及基于限价指令簿的附加信息股票交易优化问题。灵敏度方法根据系统的性能变
产业集聚的研究由来已久,是经济活动中最为突出的空间特征。无论是发达国家还是发展中国家、无论是陆域产业还是海洋产业、无论是传统产业还是高新技术产业,均普遍存在空间集聚现象。产业集聚涉及多门学科,经济地理学、产业经济学、区域经济学等均对产业集聚现象进行深入研究。理论和实践研究表明,产业集聚是提升产业竞争力的有效途径,对促进区域绿色经济增长有着十分重要的影响。随着陆域资源的紧缺,围绕海洋资源的开发、大力
道路交通系统因总体交通政策和项目而异,当考虑到相关的生态因素,其测量变得非常复杂。由于道路运输系统的定义不同,其效率可能会得出非常不同的假设。评估道路运输系统效率的常用方法是基于机动性,机动性与有效出行成本、时间、安全性、灵活性和利润等正相关。尽管如此,能源和相关排放也与交通系统有着积极的联系,但并未与其直接性能指标一起公开研究。自工业革命以来,基础设施的升级和扩建一直是交通系统改善的一部分。直到