A100超高強度鋼因其具有高的抗拉強度、硬度和抗疲勞性能并兼有高的斷裂韌性和延展性,被廣泛用于先進戰(zhàn)機起落架和各種重要承力構(gòu)件及防護件。本文主要借助Gleeble-3500型熱模擬機和LEICA金相顯微鏡對A100超高強度鋼進行熱壓縮實驗和金相實驗。通過摩擦和溫升效應(yīng)對流變應(yīng)力的影響、流變應(yīng)力曲線、動態(tài)再結(jié)晶行為、組織演變規(guī)律、本構(gòu)模型以及加工圖的深入研究,可為該鋼的熱加工可行域優(yōu)化和組織性能控制提供理論依據(jù)。主要研究成果如下:A100超高強度鋼在熱壓縮過程中摩擦和溫升效應(yīng)對流變應(yīng)力的影響較為顯著,采取的修正方法能有效降低這些因素引起的流變應(yīng)力誤差。該鋼的流變應(yīng)力對變形溫度和應(yīng)變速率較為敏感,會隨著變形溫度的升高或應(yīng)變速率的降低而下降�；贑ingara-McQueen方程的推導,確定了其動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變與峰值應(yīng)變的比值約為0.459,并通過Zener-Hollomon因子建立了動態(tài)再結(jié)晶的臨界應(yīng)變/應(yīng)力、峰值應(yīng)變/應(yīng)力和穩(wěn)態(tài)應(yīng)變/應(yīng)力模型,繪制了動態(tài)再結(jié)晶狀態(tài)圖,準確描述了動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的參數(shù)區(qū)間。根據(jù)該鋼熱變形后組織演變規(guī)律的分析,表明變形溫度的升高或應(yīng)變速率的降低均有利于動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生;在同一變形條件下,壓縮試樣中的不同壓縮區(qū)域中組織發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的程度為大變形區(qū)小變形區(qū)難變形區(qū);低溫、高應(yīng)變速率和高溫、低應(yīng)變速率下的組織均勻性較差,不宜進行熱加工。函數(shù)d_(rex)(28)80883.16?(5)~(-0.208)exp(95410.22/RT)(10)0.198為該鋼的動態(tài)再結(jié)晶平均晶粒尺寸預測模型,其預測值與實驗值具有良好一致性,平均相對誤差為8.56%。通過Arrhenius型唯象本構(gòu)模型和具有物理基礎(chǔ)的本構(gòu)模型分別表征了A100超高強度鋼的流變應(yīng)力行為。兩種本構(gòu)模型均考慮了應(yīng)變的影響,其中所建立的物理本構(gòu)模型還考慮了溫度對材料自擴散系數(shù)和楊氏模量的影響,構(gòu)建方法較為簡便。結(jié)果表明:唯象和物理本構(gòu)模型的平均相對誤差分別為4.99%和4.89%,均具有較好的預測效果,其中具有物理基礎(chǔ)的本構(gòu)模型的預測效果更優(yōu)。根據(jù)能量耗散系數(shù)和失穩(wěn)參數(shù)構(gòu)建了A100超高強度鋼在不同應(yīng)變下的加工圖,并結(jié)合微觀組織驗證,結(jié)果表明:該鋼的流變失穩(wěn)區(qū)范圍大致為850~890℃、0.01~10 s~(-1),890~1100℃、0.4~10 s~(-1)和1100~1200℃、1.2~10 s~(-1),失穩(wěn)組織特征表現(xiàn)為機械失穩(wěn)和局部塑形流動;該鋼在900~1050℃、0.01~0.1 s~(-1)和1050~1100℃、0.1~1 s~(-1)的條件下具有較高的能量耗散值,是形成較為細小、均勻的動態(tài)再結(jié)晶組織的區(qū)域,可作為其最佳的熱加工工藝參數(shù)范圍。
【學位單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.1
【部分圖文】：

和 A100 鋼熱處理工藝的研究結(jié)果也得出了相似的結(jié)論，進一步表明 A100 鋼經(jīng)885 ℃淬火后，在 472~492 ℃范圍內(nèi)回火得到高位錯密度的板條馬氏體和少量逆轉(zhuǎn)變奧氏體，且逆轉(zhuǎn)奧氏體含量增加有助于提高韌性，但強度會有所下降。李杰[27]對 A100 鋼力學性能的回火敏感性進行了研究，認為其在 482 ℃附近回火時，其抗拉強度和斷裂韌性具有較佳的配合，但回火溫度的進一步升高會破壞這種強韌性能，主要原因在于 A100 鋼的基體與 M2C 中的 Cr/Mo 比值過高，從而加速了過時效進程，使析出強化相迅速長大。鐘平等人[15]研究了回火溫度對 A100 超高強度鋼的組織和性能影響，其回火溫度與力學性能的關(guān)系如圖 1-1 所示。根據(jù)圖中力學性能的變化結(jié)果表明該鋼在200~300 ℃回火，塑性和韌性較高，但強度水平低；在 420~470 ℃回火，強度很高，但韌性較低；當回火溫度達到 482 ℃時，該鋼表現(xiàn)出最佳的強韌性配合。這是由于回火組織中存在高位錯密度的馬氏體和細小彌散分布的共格碳化物，進而得到較高的強度；而韌性高是由于片狀滲碳體的減少和板條邊界出現(xiàn)的薄膜狀逆轉(zhuǎn)奧氏體引起的，如圖 1-2 所示[28]；但溫度超過最佳時效溫度（482 ℃）時，細小碳化物 M2C 開始粗化并逐漸失去與基體的共格關(guān)系，進而導致強度和硬度的持續(xù)下降。

和 A100 鋼熱處理工藝的研究結(jié)果也得出了相似的結(jié)論，進一步表明 A100 鋼經(jīng)885 ℃淬火后，在 472~492 ℃范圍內(nèi)回火得到高位錯密度的板條馬氏體和少量逆轉(zhuǎn)變奧氏體，且逆轉(zhuǎn)奧氏體含量增加有助于提高韌性，但強度會有所下降。李杰[27]對 A100 鋼力學性能的回火敏感性進行了研究，認為其在 482 ℃附近回火時，其抗拉強度和斷裂韌性具有較佳的配合，但回火溫度的進一步升高會破壞這種強韌性能，主要原因在于 A100 鋼的基體與 M2C 中的 Cr/Mo 比值過高，從而加速了過時效進程，使析出強化相迅速長大。鐘平等人[15]研究了回火溫度對 A100 超高強度鋼的組織和性能影響，其回火溫度與力學性能的關(guān)系如圖 1-1 所示。根據(jù)圖中力學性能的變化結(jié)果表明該鋼在200~300 ℃回火，塑性和韌性較高，但強度水平低；在 420~470 ℃回火，強度很高，但韌性較低；當回火溫度達到 482 ℃時，該鋼表現(xiàn)出最佳的強韌性配合。這是由于回火組織中存在高位錯密度的馬氏體和細小彌散分布的共格碳化物，進而得到較高的強度；而韌性高是由于片狀滲碳體的減少和板條邊界出現(xiàn)的薄膜狀逆轉(zhuǎn)奧氏體引起的，如圖 1-2 所示[28]；但溫度超過最佳時效溫度（482 ℃）時，細小碳化物 M2C 開始粗化并逐漸失去與基體的共格關(guān)系，進而導致強度和硬度的持續(xù)下降。

（Atomic Model，AM）的加工圖，如 Raj 加工圖；第二類是基于動態(tài)材料模型（Dynamic Material Model，DMM）的加工圖，如 Prasad 和 Murty 加工圖；第三類是基于極性交互模型（Polar Reciprocity Model，PRM）的加工圖，如 PRM 加工圖。第一類加工圖（AM）最早由 Frost 等[49]利用 Ashby 圖來表征材料在低應(yīng)變速率下的蠕變機制，如圖 1-3 所示。圖中坐標均采用歸一化的應(yīng)力值和同系溫度表示，并將各種蠕變機制標注在某個溫度-應(yīng)力區(qū)間內(nèi)。由于材料熱加工所采用的應(yīng)變速率要比蠕變機制對應(yīng)的應(yīng)變速率下高幾個數(shù)量級，因此 Ashby 變形機制圖的應(yīng)用范圍受限。Raj 等[50]擴展了 Ashby 圖的概念，利用原子理論與基本參數(shù)相結(jié)合的方式建立了純金屬和簡單合金的 Raj 加工圖，如圖 1-4 所示。圖中顯示了低溫、高應(yīng)變速率下軟基體組織上的硬相粒子處產(chǎn)生的空洞、高溫、低應(yīng)變速率下組織的三角晶界處產(chǎn)生的楔形裂紋以及極高應(yīng)變速率下出現(xiàn)的絕熱溫升（易發(fā)生絕熱剪切帶）三種有害的損傷變形機制；此外，Raj 加工圖中還標出了一處“加工安全區(qū)”，該區(qū)域會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶這種有益的變形機制。目前，建立 Raj 加工圖還具有一定的局限性：局限一、難以準確獲取材料大量的基本參數(shù)難以準確獲�。痪窒薅�、針對復雜的合金，其對工藝參數(shù)的響應(yīng)無法用簡單的原子模型進行描述。
【參考文獻】

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本文編號：2891180