本文關鍵詞：高強鋼的沖擊韌性、力學性能和疲勞裂紋擴展速率研究

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【摘要】：在材料的發(fā)展史上,強度一直是人們所關心的重要力學性能之一,然而隨著材料強度的提高,往往伴隨著韌性的損失,一些具有高強度的構件在服役過程中往往并沒有體現出較好的疲勞性能。由于材料的強度和韌性總是出現這種倒置關系,因此,對于工程材料而言,如何選擇材料的最佳強韌性匹配使其在服役過程中具有良好的安全服役性能成為工程上的難題。為了能夠提高工程材料或構件在服役過程中的使役性能,應從三方面進行研究:1)明確材料強韌性能的物理意義;2)研究組織狀態(tài)對強韌性匹配的影響;3)優(yōu)化強韌性匹配實現疲勞性能的提高。對于強度和韌性的測試目前已有很多測試手段來表征,比如表征材料強度的方法可以通過最簡單的室溫拉伸試驗來進行,而韌性可以根據斷裂韌性測試等方法進行表征。夏比缺口沖擊試驗作為一種表征材料韌性的方法,可以揭示金屬材料在沖擊載荷作用下的力學行為,以及金屬材料的低溫脆性等。然而,目前對于材料在沖擊斷裂過程中的能量變化過程尚不清楚,由沖擊試驗得到的沖擊韌性值也只能作為材料的一個參考值,并不是材料本身的特性。本文首先對一種馬氏體時效鋼在四種不同強度下進行了室溫拉伸試驗和夏比缺口沖擊試驗,通過拉伸實驗得到的工程應力應變曲線計算得到靜力韌度值,從沖擊實驗得到不同材料的沖擊吸收功的大小,對剪切唇的尺寸進行了測量,結合沖擊吸收功隨著試樣尺寸變化的關系進行了分析,并對沖擊過程中的能量變化過程進行了探討和分析。此外,本文針對FAS3550板簧幾種不同條件淬火+回火熱處理狀態(tài)下的力學性能進行了研究,包括硬度測試、拉伸測試以及平面應變斷裂韌性的測試,分析了熱處理工藝對其強韌性的影響。最后本文測量了FAS3550板簧以及奔馳板簧的疲勞裂紋擴展速率并且進行了比較,對影響疲勞裂紋擴展速率的因素進行了分析,探討了熱處理工藝對疲勞裂紋擴展速率以及組織和斷裂機制對于性能的影響,主要得到如下結果:1.沖擊吸收功主要由正斷功和剪切功兩部分組成,剪切功主要是在剪切唇的形成過程中被消耗,而正斷功則是在I型裂紋的擴展過程中被消耗。隨著試樣高度的增加,剪切唇的寬度也隨之增加,然而當試樣高度增大到一定尺寸時,由于能量平衡準則剪切唇的尺寸將會達到一個飽和值,此時剪切唇尺寸滿足t=3αc/8Ut。并且在其他三種鋼和一種鈦合金中得到了很好的驗證。2.FAS3550在幾種不同的熱處理狀態(tài)下的室溫組織均為回火屈氏體以及少量碳化物,并且在低倍觀察下,發(fā)現有帶狀組織的存在。幾種熱處理狀態(tài)下的FAS3550強度和韌性呈倒置關系,屈強比基本都在0.9左右。并且研究發(fā)現,FAS3550在回火溫度為470℃時,淬火溫度為870℃時,綜合力學性能優(yōu)于委托方提供的FAS3550板簧。3.不同熱處理工藝的FAS3550板簧的疲勞裂紋擴展速率曲線均發(fā)生不同程度的“跳躍”,疲勞裂紋擴展試樣的斷口形貌主要以解理和撕裂兩種形貌組成,解理和撕裂兩種形貌的面積比例不同導致疲勞裂紋擴展速率曲線發(fā)生偏折。熱處理工藝為回火溫度為470℃,淬火溫度分別為870℃和910℃時,FAS3550板簧的疲勞裂紋擴展速率與奔馳板簧的裂紋擴展速率最接近。
【學位授予單位】：沈陽航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.1

【參考文獻】

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本文編號：1268777