为实现岩石试样蠕变全过程的准确模拟,并从细观角度探究蠕变过程中微裂隙的发生和发展规律,在二维颗粒流程序(PFC2D)中开发出具有黏弹塑性特征的西原体流变接触本构模型,进一步提出包含两种非定常元件的非定常西原体模型,推导了模型本构关系和蠕变方程.在PFC2D中调用自定义西原体流变模型,通过参数调试,获得与真实试样具有相同强度特性的数值试样.以室内单轴压缩蠕变试验数据为基础,在Matlab中对模型非定常参数进行拟合反演分析.在此基础上,进行单轴压缩蠕变试验的模拟,计算过程中分别采用定常和非定常两种模型,并对微裂隙进行监测.对比分析结果表明:定常模型仅适用于衰减和稳定蠕变阶段;非定常模型也可用于描述加速蠕变阶段,从而准确模拟蠕变全过程;加速蠕变阶段主要是由微裂隙的加速发展而产生,加速蠕变将导致试样剪切破坏

楔横轧随形轧制空心零件在过渡轴肩位置会产生壁厚减薄,降低零件的力学强度,改善轴肩的壁厚状况是必须解决的问题.本文基于有限元模拟方法,揭示空心零件成形时壁厚减薄的产生原因,提出采用楔横轧反楔堆轧改善轴肩壁厚的成形方法,分析反楔堆轧增加轴肩壁厚的主要影响因素,从而获得轴肩壁厚增厚的成形方法和最佳条件,实现了楔横轧随形轧制空心零件轴肩位置的显著增厚.通过轧制试验,验证了有限元模拟分析模型的可靠性

在Gleeble-3800热模拟试验机上进行大变形等温压缩试验,研究Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的高温热变形行为和显微组织,分析材料流变应力与变形温度和应变速率的关系,建立热变形过程的本构方程和热加工图.该材料的流变应力随着温度的升高而下降,随应变速率的增加而增加;用双曲正弦函数式可描述其在热变形过程中的流变应力,热变形活化能为487.21k J·mol-1;热加工图显示的适宜加工区间为温度1000-1100℃,应变速率0.1-1 s-1.在热模拟试验基础上进行该钢种锻造工艺的有限元模拟,并结合热加工图分析初锻温度和加工道次对于锻件温度和应变速率的影响,得出适宜的模锻工艺参数为初锻温度1000-1100℃,锻造道次15次

采用阴极弧离子镀法在GH4169合金表面制备了TiAlSiN涂层,通过扫描电镜和能谱仪分析了其表面和界面的形貌和能谱,用轮廓仪测试了涂层表面粗糙度.在往复式摩擦磨损试验机上进行了涂层摩擦与磨损实验,通过能谱仪分析了涂层表面磨损后点能谱和面能谱,考察了TiAlSiN涂层的摩擦因数和磨损性能,对其磨损机理进行了讨论.实验结果显示涂层表面组织结构较为致密,表面粗糙度为194.57 nm;涂层主要成分为Ti、Al、Si和N元素,Si原子细化了TiN和AlN晶粒;涂层结合界面发生了化学反应和成分的相互扩散,其结合形式为化学结合;涂层摩擦因数平均值为0.493,磨损形式为磨粒磨损;磨损痕迹面扫描结果表明,磨损后Al和Ti形成的氮化物减少,Si和N原子无明显的减少现象,涂层耐磨性增强主要依赖于Si和N形成的化合物

针对复杂内腔锌合金压铸件难清理及型芯强度要求高的问题,以高熔点盐氯化钾和低熔点盐硝酸钾组成混合盐为制芯材料,采用熔融重力浇注工艺制备了高强度二元复合水溶性盐芯.对比分析了氯化钾盐芯、硝酸钾盐芯和20% KCl-80% KNO3二元复合水溶性盐芯的性能特征.采用扫描电镜和X射线衍射等测试方法分析了水溶性盐芯的微观形貌与物相组成.研究结果表明:与单质盐芯相比,二元复合盐芯综合性能更佳,其表面基本无裂纹与褶皱,抗弯强度可达21.2 MPa,24 h吸湿率为0.568%,80℃的水溶速率可达208.63 kg·min-1·m-3.复合盐芯在裂纹扩展时走向发生了偏转,这是复合盐芯抗弯强度提高的主要原因

利用激光-超高压电子显微镜系统在500℃对SUS316L奥氏体不锈钢进行了电子束辐照和脉冲激光-电子束双束同时辐照(以下简称:同时辐照),通过观察和分析辐照后自由晶界处无空洞区域以及元素偏析,以电子束辐照结果为标准,对比研究了同时辐照对空位扩散的影响.结果表明:同时辐照后的无空洞区域宽度为48 ±16 nm,小于电子辐照的71 ±27 nm;不论在偏析程度还是偏析宽度上,同时辐照条件下Cr和Ni的偏析都小于对应的电子束辐照;同时辐照下空位的扩散通量仅为电子束辐照的45.7%.通过分析得出,和电子辐照相比,同时辐照促进了空位与间隙原子的再结合,限制空位向尾闾扩散,进而造成流入尾闾的空位数量减少,极大地抑制了辐照偏析与肿胀.脉冲激光-电子束双束同时辐照可以为探索抑制肿胀方法提供新的思路

相对于爆炸复合法和爆炸轧制复合法而言,采用真空-轧制生产钛钢复合板的方法更加适应大规模生产需要.本实验将TA1钛材置于两块Q345钢材中间组成组合坯,组合坯经抽真空至0.1 Pa后密封,在840~930℃下进行加热轧制,对轧制复合样进行力学性能检测,并利用扫描电镜、X射线衍射分析及显微硬度仪对组织与界面结合度进行分析.在该实验条件下,钛钢复合板剪切强度在159 MPa以上,达到了1类复合板标准要求,870℃轧制复合板性能较优.900和930℃轧制时,钛发生相变,同时在界面处生成了较多的金属问化合物,钛和钢的变形抗力相差过大和变形不协调导致界面附近的内应力变大,这些因素都降低了界面的剪切强度.840℃轧制后剪切强度低的原因是由于温度过低影响了界面附近元素的扩散

热锯机在冶金厂得到广泛的应用。提高锯片使用寿命,摸清锯齿失效原因,仍是当前值得注意的问题。本文从调查国内锯片使用的情况出发,归纳了锯片失效的类型。并用弹性力学有限单元法,解出了典型锯齿的应力场及应变场,对分析锯齿破坏机理,设计合理的齿形提供了力学依据。为确定合理锯切力能参数,本文应用了弹塑性有限元法求出的计算结果。我国冶金厂和机械厂拥有数千台锯机,每年要消耗大量的锯片。如唐山市冶金锯片厂这样的专业厂,每年要为上百个厂家提供各种规格的圆盘锯片,其中大直径的热切锯片占有一定的比例。近年来,由于改进了制造工艺,严格质量标准,使锯片质量得到了提高。但由使用的效果看,锯片早期破损的情况仍然发生。因此,进一步摸清锯片的失效原因,寻找其破坏的机理,提高锯片的使用寿命,仍是当前一项重要的工作

测定不同晶粒尺寸、γ'相以及不同Hf含量的粉末高温合金FGH97在650℃高温条件下的疲劳裂纹扩展速率,并将其与FGH95和FGH96两代粉末合金的疲劳裂纹扩展速率进行对比.用定量分析的方法对FGH97合金在疲劳断裂各个阶段的行为特征进行分析.较大晶粒尺寸的FGH97合金具有较低的裂纹扩展速率,合理的二次和三次γ'相匹配析出,可以获得较高的疲劳寿命;Hf元素的添加使合金的整体疲劳寿命增大;FGH97合金与FGH95和FGH96相比,具有较高的疲劳裂纹萌生抗力,更低的高温疲劳裂纹扩展速率

硬薄膜往往具有较脆的特性，在过载时易发生脆性断裂.本文研究了硬薄膜/软基体在锥形纳米压头作用下的断裂模式.利用等离子体化学沉积法在聚二醚酮基体上沉积生成类金刚石薄膜.使用纳米压痕法对其进行实验研究，实时记录纳米压头压入样品过程中所受的载荷以及位移.载荷位移曲线中有若干间断点，代表着裂纹的形成和扩展.压痕实验完成后，通过扫描电子显微镜和聚焦离子束观察发现，类金刚石薄膜压痕处出现规则的贯穿厚度的环形裂纹和径向裂纹.最后，利用有限元法分析了硬薄膜/软基体在锥形压头作用下的应力分布，通过cohesive单元模拟环形裂纹的起始和扩展.结果表明：环形裂纹是由薄膜表面较高的径向拉应力引起的，较高的径向拉应力发生于压头和薄膜表面接触区域的外侧；径向裂纹则是由薄膜在界面附近较大的拉应力引起的.并且，各圈环形裂纹的半径基本呈线性递增，这和实验观测基本相符