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《清华大学》 2002年
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大型锻件内裂纹缺陷修复的物理模拟研究

袁朝龙  
【摘要】: 大型锻件作为大型成套装备的核心零部件,在国民经济建设、国防装备和现代尖端科学重大装置中发挥着非常重要的作用。大型锻件的生产水平反映一个国家的工业生产水平,生产中大型锻件报废将造成巨大的经济损失。论文针对我国大型锻件生产中存在的共性技术问题,对影响大型锻件质量的内裂纹缺陷修复过程和机理,进行深入系统地研究。 采用物理模拟的方法,研究了大型锻件内裂纹缺陷修复机制。根据大型锻件的特点和生产实际,建立了三种裂纹模型模拟大型锻件的内裂纹缺陷,设计了完整系统的模拟实验方案。除采用常用修复方法外,提出了变温修复。系统研究了温度、加热时间、温度变化率、加压等热力参数对修复过程中裂纹尺寸、材料的显微组织、晶粒、成分、显微硬度、强度等变化的作用。 研究了大型锻件内裂纹缺陷修复过程中微观组织变化规律,提出修复结晶是大型锻件内裂纹缺陷修复的主要形式。内裂纹缺陷修复过程中,裂纹孔隙处以多种方式进行修复结晶,修复结晶所需材料由基体迁移扩散方式输运,导致修复区出现异常组织、细晶粒、成分差异和晶格变异等现象。 根据裂纹扩展的G判据,从能量平衡的角度在理论上分析了裂纹修复的机理和过程。根据实验结果将修复过程分为三个阶段,并提出了裂纹修复的三个层次和内裂纹缺陷修复的指导性判据,解释了实际生产中缺陷修复现象。 在研究内裂纹缺陷修复的过程中,发现金属材料内裂纹缺陷修复存在着类生现象,类似人体创伤愈合,产生了瘢痕,存在类似人体创伤愈合中的促进型和抑制型两种“生长因子”。同时展望了材料内裂纹缺陷修复的拟生研究前景。 本论文在热力参数对裂纹修复的作用、裂纹修复机理、拟生研究方法、修复过程理论解释等环节都进行了创新性研究,解释了实际生产中大型锻件内裂纹缺陷成功修复或失败的应用实例。研究成果对修复大型锻件内裂纹缺陷、提高大型锻件质量具有指导作用。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG316

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