李继红
,
徐蔼彦
,
汪强
,
张敏
兵器材料科学与工程
针对某厂大包内联箱三通与支管开裂失效现象,采用有限元法对焊接及运行过程中残余应力和变形进行模拟分析.结果表明:焊后高应力区主要集中在焊缝区,峰值达1 172 MPa,沿轴向随着距焊缝距离的增加逐渐减小;管内外壁焊缝上残余应力较高,且内壁高于外壁.管件在运行过程中沿轴向等效应力分布为较高应力→低应力→高应力→低应力→较高应力,焊缝外表面等效应力最高,峰值为1 100 MPa,沿管径向内逐渐降低;焊缝截面上可观察到高应力组成的Y型区域,这极易导致管件在运行过程中沿管外壁开裂失效.运行过程中焊缝中心应力相对于焊后应力提升了12.9％,管壁表面焊缝中心处于高度危险状态.最后,提出预防措施,将为实际工程提供重要的理论依据,减少同类焊接结构开裂失效的发生.
关键词:
12Cr1MoV
,
开裂失效
,
应力应变
,
有限元
张敏
,
徐蔼彦
,
汪强
,
李露露
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.06.002
改进了模拟枝晶生长常用的二维元胞自动机和有限差分(CA-FD)模型,新模型引入扰动函数来控制二、三次枝晶的生长;在枝晶生长过程中,将溶质浓度明确地分为液相溶质浓度和固相溶质浓度两部分;并在溶质再分配与扩散过程中采用八邻位差分以减少网格形状导致溶质扩散的各向异性。模拟了Al-4%Cu二元合金过冷熔体中,单个和多个等轴晶沿不同择优方向生长及单方向和多方向柱状树枝晶竞争生长过程中的枝晶形貌、液相溶质浓度和固相溶质浓度分布情况。模拟结果表明:扰动的引入能够促使枝晶产生分支,并控制二、三次枝晶的生长速率;液/固相溶质计算模型能够准确地模拟出枝晶生长过程中液/固相溶质分布;此外改进后的模型实现了枝晶沿任意方向的竞争生长。
关键词:
数值模拟
,
元胞自动机法
,
枝晶形貌
,
溶质浓度
张敏
,
汪强
,
徐蔼彦
,
邢奎
材料科学与工艺
doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20150117
利用元胞自动机和有限差分（ CA－FD）法，采用宏－微观两种尺度，将宏观温度场与微观枝晶生长过程耦合在一起，再现了Fe－0．06％C二元合金焊接熔池的凝固过程．同时，探讨了边界散热速率对焊接熔池中枝晶生长形貌及晶粒尺寸的影响；分析了形核基底数与枝晶生长间的关系；并用实验对模拟结果进行了验证．结果表明，在熔池凝固过程中，温度梯度沿散热边界向绝热边界方向不断减小，等温线弧度不断增大；熔池散热边界附近的液相中溶质浓度远远高于绝热边附近和模拟区域中心的液相溶质浓度；模拟区域内的温度梯度随着边界散热速率的增大而升高．此外，随着形核基底的增加，柱状晶数量基本不变；而等轴晶数量不断增多，分布范围逐渐扩大，但尺寸有所减小．模拟结果反映了焊接熔池的凝固过程，并与实验结果吻合，为实际焊接工艺的选取提供了一定的参考．
关键词:
焊接冶金
,
数值模拟
,
焊接熔池
,
宏-微观模型
,
微观组织
,
枝晶生长
张敏
,
李露露
,
徐蔼彦
,
李继红
中国有色金属学报
基于枝晶生长的扩散界面模型，改进元胞自动机法，并结合有限差分法，综合考虑浓度场、温度场以及熔池形状，建立 Fe-0.04%C(质量分数)合金枝晶生长和溶质浓度分布模型。模拟单个等轴晶的生长形貌及枝晶尖端生长速度随时间的变化关系、多个等轴晶的生长形貌和溶质浓度分布、柱状晶的生长形貌和耦合温度场后的柱状晶?等轴晶转变过程，并与实验进行对比。结果表明：取向角对枝晶形貌有一定的影响；枝晶尖端生长速度随时间的延长最后趋于稳定；熔池形状影响柱状晶生长形貌；溶质主要富集在枝晶根部及晶界处。模拟结果与实验结果吻合较好。
关键词:
元胞自动机-有限元法
,
枝晶生长
,
溶质分布
,
温度分布
张敏
,
徐蔼彦
,
汪强
,
李露露
材料研究学报
基于元胞自动机法扩展了现有的焊接熔池凝固过程形核、生长及溶质扩散模拟模型,模拟了Fe-0.05％C二元合金焊接过程中枝晶的生长形态和结晶过程中溶质的分布及扩散过程.同时,以Fe-C二元相图为基点,根据溶质浓度不同相组织不同原理模拟计算了焊接熔池凝固后相组织的分布,建立了α+P和P+Fe3CⅡ两种组织比例值与溶质浓度、冷却速度和形核基底数等参数的数学模型.结果表明:模拟得到的低碳钢焊缝组织分布与试验结果相符;基于溶质浓度变化的相组织控制模型能预测实际低碳钢的焊后焊缝组织.溶质浓度、冷却速度和形核基底数对α+P和P+Fe3CⅡ两种组织比例的影响都较为明显,影响效果相对独立;回归分析得到的组织控制方程高度显著,为焊缝的组织控制提供了一定的数据支持.
关键词:
金属材料
,
焊接熔池
,
元胞自动机
,
溶质浓度
,
相组织
张敏
,
徐蔼彦
,
汪强
,
李露露
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.06.002
改进了模拟枝晶生长常用的二维元胞自动机和有限差分(CA-FD)模型,新模型引入扰动函数来控制二、三次枝晶的生长;在枝晶生长过程中,将溶质浓度明确地分为液相溶质浓度和固相溶质浓度两部分;并在溶质再分配与扩散过程中采用八邻位差分以减少网格形状导致溶质扩散的各向异性.模拟了Al-4％Cu二元合金过冷熔体中,单个和多个等轴晶沿不同择优方向生长及单方向和多方向柱状树枝晶竞争生长过程中的枝晶形貌、液相溶质浓度和固相溶质浓度分布情况.模拟结果表明:扰动的引入能够促使枝晶产生分支,并控制二、三次枝晶的生长速率;液/固相溶质计算模型能够准确地模拟出枝晶生长过程中液/固相溶质分布;此外改进后的模型实现了枝晶沿任意方向的竞争生长.
关键词:
数值模拟
,
元胞自动机法
,
枝晶形貌
,
溶质浓度
张敏
,
徐蔼彦
,
汪强
,
李继红
机械工程材料
doi:10.11973/jxgccl201602023
利用光学显微镜、拉伸和冲击试验机、显微硬度计等对高温运行前后12Cr1MoV 钢焊接接头的组织及力学性能进行了研究。结果表明：高温运行后,焊接接头组织中除了原始组织中的铁素体和珠光体外,还出现颗粒状析出物,热影响区和焊缝处组织中出现了贝氏体；焊接接头的屈服强度和抗拉强度分别由高温运行前的455,625 MPa 下降为430和583 MPa,平均冲击功从160 J下降为124 J；冲击断口上有许多裂纹,裂纹上有明显的台阶,断裂方式为塑性断裂；高温运行后母材和焊缝区的硬度分别为190,265 HV,焊缝的硬度符合供货方技术要求,而母材硬度超标。
关键词:
12Cr1MoV 钢
,
焊接接头
,
显微组织
,
力学性能
张敏
,
徐蔼彦
,
汪强
材料科学与工艺
doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20150413
为研究某厂联箱与支管运行1．4×105 h后发生开裂的原因，采用宏观渗透及光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计等测试方法对失效管进行检测．研究表明：焊后存在焊接缺陷，大量的裂纹垂直于焊缝，加速裂纹的扩展，改变应力分布状态；部分夹杂物沿直线分布，使材料受力具有方向敏感性，导致材料开裂失效；断口表面主要是Fe的氧化物，焊件长期过热，外表面形成不均匀氧化层，产生应力集中，致使焊缝从管壁外侧开裂；母材硬度超标．优化焊接工艺方案，焊前预热焊后回火，消除管件外壁的氧化层及减少设备停机次数均能有效防止同类焊接结构开裂失效．
关键词:
12Cr1MoV
,
长期过热
,
焊缝裂纹
,
显微组织
,
力学性能
