發(fā)布時間：2018-04-23 17:39

  本文選題：雙相不銹鋼 + σ相��； 參考：《安徽工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：Z3CN20.09M不銹鋼和SAF2205雙相不銹鋼分別廣泛應用于壓水堆核電主管道和海水循環(huán)泵葉輪,兩種不銹鋼組織均為奧氏體相和鐵素體相雙相組織。鐵素體相發(fā)揮著提高不銹鋼的耐應力腐蝕、耐腐蝕疲勞和強度等重要作用,然而鐵素體的存在也造成Z3CN20.09M和SAF2205不銹鋼在熱處理焊接過程析出金屬間化合物,使材料塑韌性大大降低,其中σ相的影響最嚴重。傳統(tǒng)觀點將硬而脆的σ相阻礙位錯的移動、位錯在界面處塞積而產(chǎn)生應力集中視為不銹鋼韌性顯著下降、強度提高的原因,但相關工作缺少有力證據(jù)。本文利用ABAQUS有限元模擬計算和原位拉伸、斷口分析等手段研究了σ相的影響機制。通過擴展有限元法(XFEM)研究了雙相不銹鋼中組織相各物理參數(shù)和不同初始裂紋位置對裂紋擴展路徑的影響。主要研究內(nèi)容和結論如下:(1)利用ABAQUS有限元軟件模擬計算了Z3CN20.09M不銹鋼和SAF2205雙相不銹鋼有無σ相時材料模型內(nèi)的應力場分布。結果表明,無σ相時,兩種雙相不銹鋼中應力最大值均出現(xiàn)在鐵素體相中,而有σ相時,應力最大值出現(xiàn)在σ相中,且最大應力值均大幅升高。(2)模擬計算了Z3CN20.09M不銹鋼和SAF2205雙相不銹鋼中σ相形態(tài)、數(shù)量和間距對周圍應力場大小的影響。結果表明,越細長和數(shù)量越多的σ相產(chǎn)生的最大應力值越大;而σ相產(chǎn)生的應力最大值隨其之間間距的增長呈先減小后增大的趨勢。(3)通過擴展有限元法(XFEM)對單一材料進行裂紋擴展模擬,結果表明,裂紋尖端周圍應力場均勻分布,其值隨裂紋擴展的進行呈指數(shù)型增大,裂紋擴展速度逐漸變快。進一步模擬研究了材料最大主應力、臨界能量釋放率和彈性模量以及初始裂紋長度對裂紋擴展的影響規(guī)律。結果表明:材料最大主應力值越大,材料抗斷能力越強;材料臨界能量釋放率越大,材料失穩(wěn)后承載能力越弱;材料彈性模量越大,越易造成結構損傷,且損傷速度越快;裂紋起始應力值與初始裂紋長度呈線性關系,且擬合公式為σ=18.98+6.94L(MPa)但初始裂紋長度對整個裂紋擴展過程影響不大。(4)通過XFEM法模擬計算了初始裂紋在雙相不銹鋼中不同位置對裂紋擴展路徑的影響。結果表明,初始裂紋位于組織相界面中時,裂紋尖端應力分布不均勻,裂紋會選擇在較軟相中進行擴展;初始裂紋位于組織相亞相界面中時,裂紋尖端應力分布不均勻,裂紋會在預先設置中的組織相中進行擴展;初始裂紋不管位于哪種位置,裂紋尖端應力值均會增加至所在擴展相材料的最大主應力左右,且其他組織相中的應力值也會逐漸增加至此。(5)通過XFEM法模擬研究了初始裂紋依次經(jīng)過雙相不銹鋼中各組織相而產(chǎn)生的擴展情況。結果表明,初始裂紋穿過雙相不銹鋼各組織相時,σ相表現(xiàn)出的承載能力最強,裂紋尖端所需應力值最大,鐵素體相其次,奧氏體相最弱;從粘性裂紋轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵙鸭y時,σ相所消耗的能量最少,最易轉(zhuǎn)變,鐵素體相其次,奧氏體相最難轉(zhuǎn)變。(6)研究了σ相對雙相不銹鋼抗拉強度和沖擊韌性的影響,并利用原位拉伸、斷口形貌等分析了其機理。結果表明:σ相使雙相不銹鋼抗拉強度有所提升而顯著降低其沖擊功。因為在鐵素體相中時效析出的σ相使此時(σ+γ2)結構擁有更大的硬度,而與奧氏體相的變形協(xié)調(diào)性更差,更加明顯阻礙滑移帶的進一步擴展,使時效后的雙相不銹鋼抗拉強度得到提升;而在高應變速率的沖擊過程中,σ相與及其周圍的鐵素體相相邊界處會產(chǎn)生應力集中,由于較硬的(σ+γ2)結構難以在此短時間內(nèi)完成塑性變形,釋放出此位置的高應力,而只能通過斷裂來釋放這部分能量。
[Abstract]:In this paper , the effects of different physical parameters of Z3CN20 . 09M stainless steel and SAF2205 duplex stainless steel on crack propagation path are studied by using finite element method ( XFEM ) . ( 4 ) The influence of initial crack on crack propagation path in duplex stainless steel is simulated by XFEM method . The results show that the stress distribution of the crack tip is not uniform when the initial crack is located in the interface of tissue phase .

【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.71

【參考文獻】

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本文編號：1792950