本文關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼熱變形本構(gòu)模型與組成相變形協(xié)調(diào)性研究

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【摘要】：雙相不銹鋼具有鐵素體和奧氏體兩相結(jié)構(gòu),因而兼有奧氏體不銹鋼優(yōu)良的韌性、焊接性以及鐵素體不銹鋼的較高耐應(yīng)力腐蝕性等特點,是一種真正意義上的高性能結(jié)構(gòu)材料,廣泛地應(yīng)用于石化、造紙和石油等工業(yè)領(lǐng)域。但因其組成相本構(gòu)特性與變形機制存有較大差異,變形時應(yīng)力、應(yīng)變在兩相間的分配不均勻,兩相變形協(xié)調(diào)性差,進而導致材料變形過程中出現(xiàn)裂紋缺陷,成為雙相不銹鋼制造瓶頸。因此,理清雙相不銹鋼變形時組成相各自的本構(gòu)特性,從而獲得不同初始組織與變形條件下兩相間的應(yīng)力應(yīng)變配分規(guī)律,明確兩相變形協(xié)調(diào)性與初始組織以及變形條件間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,對突破雙相不銹鋼變形致裂敏感的技術(shù)瓶頸具有重要的工程意義,有助于雙相不銹鋼加工工藝的制定與新鋼種的設(shè)計、研發(fā)。本文采用室溫拉伸、光學金相(OM)、電子背散射衍射(EBSD)、熱物理模擬等方法,研究了2 205雙相不銹鋼連鑄坯不同區(qū)域的室溫力學性能和熱變形行為;選取變形時最易開裂的柱狀晶區(qū)進行深入研究,得到了宏觀流變曲線預(yù)測模型以及考慮組成相變形協(xié)調(diào)性的本構(gòu)關(guān)系,并結(jié)合有限元分析計算了不同初始組織和變形條件下兩相間的應(yīng)力應(yīng)變配分規(guī)律,討論了雙相不銹鋼變形規(guī)律、開裂特征與機理,主要結(jié)果如下:(1)試驗鋼連鑄坯不同區(qū)域的性能與變形規(guī)律存有差異,柱狀晶區(qū)的力學性能最差,熱變形時最易開裂。(2)試驗鋼柱狀晶區(qū)材料的熱變形流變應(yīng)力隨著變形溫度的升高、應(yīng)變速率的降低而減小;兩相的變形機制不同,鐵素體主要以動態(tài)回復為主,而奧氏體主要是動態(tài)再結(jié)晶;裂紋主要在相界處形核并沿相界或(和)鐵素體相內(nèi)擴展。(3)考慮變形過程中摩擦以及塑性熱對流變應(yīng)力的影響,修正了柱狀晶區(qū)材料的流變曲線,從而建立了綜合考慮溫度、應(yīng)變速率以及應(yīng)變的流變曲線預(yù)測模型。通過與實驗結(jié)果對比,驗證了預(yù)測模型的正確性。(4)利用JMatPro軟件,獲得了組成相在不同條件下的流變曲線;基于摩擦、溫度修正后的流變曲線,結(jié)合混合法則,得到了雙相不銹鋼不同熱壓縮條件下組成相的本構(gòu)方程,明確了雙相不銹鋼變形過程中應(yīng)力應(yīng)變的配分規(guī)律。(5)基于組織調(diào)控所得材料的EBSD圖,建立了具有不同奧氏體組織特征的二維模型;獲得了基于Voronoi圖建立二維、三維多晶體模型的方法。(6)考慮兩相各自的本構(gòu)關(guān)系,進行有限元計算。明確了兩相變形協(xié)調(diào)性以及開裂(失效)的特征及相應(yīng)規(guī)律,并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,驗證了有限元模型的正確性。
【關(guān)鍵詞】：雙相不銹鋼 本構(gòu)方程 數(shù)值模擬 變形協(xié)調(diào)性 應(yīng)力應(yīng)變配分
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.71
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 選題背景及意義12-13
• 1.2 雙相不銹鋼的發(fā)展及應(yīng)用概況13-15
• 1.2.1 雙相不銹鋼的發(fā)展歷史13-14
• 1.2.2 雙相不銹鋼的性能特點及應(yīng)用情況14-15
• 1.3 雙相不銹鋼高溫變形條件下的力學行為與組織變化15-17
• 1.3.1 雙相不銹鋼的熱變形軟化行為15-16
• 1.3.2 雙相不銹鋼高溫塑性變形行為的研究16-17
• 1.4 多相材料微觀結(jié)構(gòu)的有限元模擬研究17-20
• 1.5 雙相材料變形協(xié)調(diào)性的研究20-21
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容21-22
• 第2章 試驗材料和方法22-27
• 2.1 試驗材料22
• 2.2 室溫力學性能試驗22-24
• 2.2.1 室溫拉伸試驗23
• 2.2.2 顯微硬度試驗23-24
• 2.3 熱壓縮試驗24-25
• 2.4 微觀組織分析25-26
• 2.4.1 金相組織分析25
• 2.4.2 EBSD測試分析25-26
• 2.5 微觀組織有限元模擬26-27
• 第3章 鑄態(tài)雙相不銹鋼力學行為與組織分析27-48
• 3.1 雙相不銹鋼連鑄坯不同區(qū)域的組織與性能分析27-33
• 3.1.1 連鑄坯原始組織分析27-28
• 3.1.2 室溫拉伸性能28-29
• 3.1.3 斷口微觀組織分析29-30
• 3.1.4 顯微硬度30-31
• 3.1.5 高溫壓縮31-33
• 3.2 雙相不銹鋼連鑄坯柱狀晶區(qū)的熱加工性能33-37
• 3.2.1 高溫流變曲線33-35
• 3.2.2 組織分析35-37
• 3.3 EBSD分析37-38
• 3.4 流變曲線的修正及預(yù)測模型的建立38-46
• 3.4.1 摩擦修正38-40
• 3.4.2 溫度修正40-42
• 3.4.3 材料常數(shù)的確定42-43
• 3.4.4 考慮應(yīng)變補償?shù)哪Ｐ?/span>43-45
• 3.4.5 模型的驗證45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第4章 雙相不銹鋼中兩相力學行為48-56
• 4.1 基于JMatPro軟件兩相力學行為48-50
• 4.1.1 JMatPro熱力學計算結(jié)果48-49
• 4.1.2 JMatPro機械性能計算結(jié)果49-50
• 4.2 基于混合法則兩相力學行為50-55
• 4.2.1 應(yīng)力應(yīng)變配分模型的建立51-53
• 4.2.2 模型的計算結(jié)果與驗證53-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第5章 有限元模型的建立56-69
• 5.1 基于雙相不銹鋼微觀組織二維模型的建立56-57
• 5.2 Voronoi圖原理與應(yīng)用57-58
• 5.3 Python語言及其在Abaqus二次開發(fā)中的應(yīng)用58-60
• 5.3.1 Python語言簡介58
• 5.3.2 Abaqus腳本接口與Abaqus/CAE的關(guān)系58-60
• 5.4 基于Voronoi方法的二維多晶建模60-63
• 5.4.1 二維Voronoi圖在Matlab中的生成60-62
• 5.4.2 基于Voronoi圖的二維多晶體模型在Abaqus中的生成62-63
• 5.5 基于Voronoi圖的三維多晶體建模63-65
• 5.5.1 三維Voronoi圖在Matlab中的生成63-64
• 5.5.2 基于Voronoi圖的三維多晶體模型在Abaqus中的生成64-65
• 5.6 所建立的有限元模型65-68
• 5.7 本章小結(jié)68-69
• 第6章 雙相不銹鋼變形行為的有限元模擬69-80
• 6.1 基于雙相不銹鋼真實微觀組織的拉伸模擬69-75
• 6.1.1 雙相不銹鋼室溫拉伸模擬69-71
• 6.1.2 雙相不銹鋼高溫拉伸模擬71-75
• 6.2 雙相不銹鋼高溫壓縮模擬75-79
• 6.2.1 各模型模擬結(jié)果與實驗對比76
• 6.2.2 各模型變形過程中的應(yīng)力及應(yīng)變分布76-79
• 6.3 本章小結(jié)79-80
• 結(jié)論80-82
• 參考文獻82-86
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果86-87
• 致謝87

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