相變應力及其改善焊接結構疲勞性能的應用研究基本信息

焊接接頭處的焊接殘余拉伸應力是降低接頭疲勞強度的重要原因，本研究依據奧氏體轉變?yōu)轳R氏體時體積膨脹受到周圍彈塑性或彈性金屬限制而產生相變應力的原理研究抵消拉伸殘余應力提高焊接接頭疲勞性能的焊接措施。同時在進行一系列不同材料和焊接接頭的疲勞試驗后，從理論到實踐研究該措施的效果及影響因素。因不需增加焊后加工工序，具有應用前景。 2100433B

相變應力是由于某些合金在凝固后冷卻過程中產生相變，隨之帶來體積尺寸變化，或熱 理過程中因工件不同部位組織轉變不同步而產生的內應力，不同部位在不同時間內發(fā)生相變所致。

定義解釋

鑄造應力包括熱應力、相變應力及收縮應力三種。各種應力產生的原因不盡相同。

①熱應力熱應力是由于鑄件不同的幾何形狀相交處斷面厚薄不均，冷卻不一致引起的。在薄壁處形成壓應力，導致在鑄件中殘留應力。

②相變應力相變應力是由于某些鑄鋁合金在凝固后冷卻過程中產生相變，隨之帶來體積尺寸變化。主要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時間內發(fā)生相變所致。

③收縮應力鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的阻礙而產生拉應力所致。這種應力是暫時的，鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當，則常常會造成熱裂紋，特別是金屬型澆注的鋁合金往往在這種應力作用下容易產生熱裂紋。鑄鋁合金件中的殘留應力降低了合金的力學性能，影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應力可通過退火處理消除。合金因導熱性好，冷卻過程中無相變，只要鑄件結構設計合理，鋁鑄件的殘留應力一般較小。2100433B

在含有亞穩(wěn)t- ZrO₂的陶瓷中，當裂紋擴展進入含有t相晶粒的區(qū)域時，裂紋尖端周圍的部分t相將在裂紋尖端應力場的作用下，發(fā)生t→m相變，形成一個相變過程區(qū)。在過程區(qū)內，一方面，由于裂紋擴展而產生新的裂紋表面，需要吸收一部分能量；另一方面，相變引起的體積膨脹效應也要消耗能量；同時相變的晶粒由于體積膨脹而對裂紋產生壓應力，阻礙裂紋擴展。由此可見，應力誘導的這種組織轉變消耗了外加應力，降低了裂紋尖端的應力強度因子，使得本可以繼續(xù)擴展的裂紋因能量消耗造成驅動力減弱而終止擴展，從而提高了材料的斷裂韌性。相變發(fā)生后，若要使裂紋繼續(xù)擴展，必須提高外加應力水平。這樣隨應力水平的不斷提高，裂紋會繼續(xù)向前擴展。值得注意的是，在相變作用下，裂紋擴展的阻力會越來越大，擴展越來越困難。

相變的類型很多，根據相變的某種屬性的特征可作粗線條的分類：根據熱力學函數(shù)可分為一級相變、二級相變；根據對抗?jié)q落的穩(wěn)定性分為連續(xù)相變、非連續(xù)相變；根據新相生長時的控制環(huán)節(jié)，可分為擴散控制的相變和界面控制的相變；根據新相生成時原子遷移的特點，分為有擴散相變（散漫移動式相變）、無擴散相變（行列移動式相變）等。還有，由傳質控制的相變，或由傳熱控制的相變（凝固）等。當然，有些相變不是這樣截然劃分所能概括的。礦物學家和陶瓷材料科學家在傳統(tǒng)上將相變分為重構型相變和位移型相變，前者指相變時將原有的化學鍵拆開重新結合成新鍵而構成新晶體，后者則指相變時僅涉及結合鍵的長度和夾角大小的改變 。2100433B