本文關(guān)鍵詞：GCr15軸承鋼高速沖擊絕熱剪切帶的研究

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【摘要】：GCr15軸承鋼是應(yīng)用最廣泛的高碳鉻軸承鋼之一。一般工況下的軸承經(jīng)歷的是接觸疲勞載荷。然而,風(fēng)機齒輪箱軸承運行中由巨風(fēng)和陣風(fēng)引起的瞬態(tài)載荷作用在軸承上,使其承受一定的沖擊載荷,這在海上風(fēng)電中尤為明顯。但在風(fēng)機齒輪箱軸承設(shè)計時并沒有對瞬態(tài)載荷給予重視,這是導(dǎo)致軸承壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計壽命的因素之一。由于在失效模式和機理方面認(rèn)識的分歧,對風(fēng)機齒輪箱軸承的研究重點放在接觸疲勞,并沒有從動態(tài)沖擊載荷下的失效模式角度去考慮。所以研究其在動態(tài)沖擊載荷下的性能是十分必要的。同時也為近年來普遍關(guān)注的絕熱剪切帶(ASB)形成機理的研究提供進一步的理論依據(jù)。本論文以GCr15軸承鋼為研究對象,對其在高速沖擊條件下的力學(xué)性能及微觀組織形態(tài)展開了一系列的研究。首先采用分離式霍普金森壓桿(SHPB)裝置,對GCr15軸承鋼的帽形試樣及圓柱形試樣分別進行高速沖擊試驗,分析其應(yīng)力-應(yīng)變曲線。利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對試樣斷口及微觀組織形貌進行觀察分析,發(fā)現(xiàn)此材料在高速沖擊條件下能夠產(chǎn)生絕熱剪切帶(ASB)。利用聚焦離子束(FIB)技術(shù),定位ASB區(qū)域制備TEM樣品,在透射電子顯微鏡下觀察剪切帶微觀組織結(jié)構(gòu)變化并分析晶粒細(xì)化機理。最后利用顯微硬度計和納米壓痕硬度儀對絕熱剪切帶區(qū)域的硬度表征進行了測量。本文研究結(jié)果表明:GCr15軸承鋼在高應(yīng)變率動態(tài)加載時無應(yīng)變硬化效應(yīng)。其在高應(yīng)變率沖擊載荷作用下,帽型試樣及圓柱形試樣中均形成了絕熱剪切帶,剪切帶的寬度約為0.5-6μm,并在剪切帶與基體交界處伴隨有裂紋的產(chǎn)生。說明絕熱剪切帶是GCr15鋼動態(tài)沖擊載荷下的失效模式。而圓柱形試樣中的絕熱剪切帶寬度和致密程度小于帽形試樣。絕熱剪切帶中晶粒尺寸及微觀組織的變化表明:在高剪切應(yīng)力作用下,晶粒首先被拉長,在晶粒和晶界處產(chǎn)生大量纏結(jié)的位錯塞積并將拉長的晶粒劃分成更小的亞晶粒從而形成新的亞結(jié)構(gòu)和晶粒。晶粒的細(xì)化是在動態(tài)回復(fù)和不完全動態(tài)再結(jié)晶機制主導(dǎo)下完成的。絕熱剪切帶內(nèi)同時存在納米級的bcc-ferrite(?)和hcp-structure(ε),說明GCr15鋼在高應(yīng)變速率變形下,其ASB帶內(nèi)有體心立方(bcc)到密排六方(hcp)結(jié)構(gòu)的相變發(fā)生。絕熱剪切帶中的滲碳體組織在大塑性變形和動態(tài)再結(jié)晶驅(qū)動下發(fā)生了溶解,從而降低了滲碳體組織的數(shù)量及尺寸。晶粒的細(xì)化使得由基體組織到剪切帶中心顯微硬度值不斷增大,在帶中心達(dá)到最大值。納米壓痕硬度表征與顯微硬度結(jié)果相吻合。
【關(guān)鍵詞】：GCr15軸承鋼 絕熱剪切帶 晶粒細(xì)化 高應(yīng)變率 納米等軸晶
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 選題背景12-13
• 1.2 GCr15軸承鋼發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 絕熱剪切現(xiàn)象研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3.1 絕熱剪切現(xiàn)象概述及其失穩(wěn)判據(jù)14-16
• 1.3.2 絕熱剪切帶實驗技術(shù)研究與發(fā)展16-17
• 1.3.3 絕熱剪切帶微觀組織結(jié)構(gòu)及形成機理研究17-19
• 1.3.4 絕熱剪切帶數(shù)值模擬研究進展19-20
• 1.4 Hopkinson壓桿技術(shù)20-23
• 1.4.1 Hopkinson壓桿技術(shù)簡介20-22
• 1.4.2 Hopkinson壓桿實驗方法22-23
• 1.5 本文研究工作23-24
• 1.5.1 研究目的23
• 1.5.2 研究內(nèi)容23
• 1.5.3 研究意義23-24
• 第2章 實驗材料和試驗方法24-30
• 2.1 引言24
• 2.2 實驗材料24-25
• 2.3 實驗方法25-29
• 2.3.1 霍普金森壓桿試驗25-27
• 2.3.2 光學(xué)及掃描電子顯微鏡樣品制備27-28
• 2.3.3 透射電子顯微鏡樣品制備28-29
• 2.3.4 顯微硬度及納米壓痕硬度實驗29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 GCr15軸承鋼高速沖擊實驗30-35
• 3.1 引言30
• 3.2 實驗結(jié)果與分析30-32
• 3.2.1 動態(tài)壓縮實驗結(jié)果30-31
• 3.2.2 真實應(yīng)力應(yīng)變曲線分析31-32
• 3.3 試樣宏觀斷裂形貌與斷口分析32-34
• 3.3.1 動態(tài)壓縮強迫剪切試樣宏觀斷裂形貌32-33
• 3.3.2 斷口形貌分析33-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第4章 絕熱剪切帶的微觀組織形貌特征35-45
• 4.1 引言35
• 4.2 ASB微觀組織形貌特征35-38
• 4.2.1 光學(xué)顯微鏡下ASB形貌特征35-37
• 4.2.2 掃描電鏡下ASB形貌特征37-38
• 4.3 絕熱剪切帶內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)變化38-44
• 4.3.1 聚焦離子束制備TEM樣品方法38-40
• 4.3.2 透射電鏡下ASB的微觀組織形貌40-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第5章 絕熱剪切帶形成機理與顯微硬度表征45-52
• 5.1 引言45
• 5.2 絕熱剪切帶形成機理分析45-48
• 5.2.1 絕熱剪切帶中晶粒的細(xì)化45-46
• 5.2.2 晶粒細(xì)化的內(nèi)在機制46-48
• 5.2.3 碳化物的細(xì)化和溶解機理48
• 5.3 絕熱剪切帶硬度表征48-51
• 5.3.1 顯微硬度表征48-49
• 5.3.2 納米壓痕硬度表征49-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論與展望52-54
• 參考文獻54-62
• 致謝62-63
• 附錄A：攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文63

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本文編號：791312