本文關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼的沖擊韌性、力學(xué)性能和疲勞裂紋擴(kuò)展速率研究

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【摘要】：在材料的發(fā)展史上,強(qiáng)度一直是人們所關(guān)心的重要力學(xué)性能之一,然而隨著材料強(qiáng)度的提高,往往伴隨著韌性的損失,一些具有高強(qiáng)度的構(gòu)件在服役過程中往往并沒有體現(xiàn)出較好的疲勞性能。由于材料的強(qiáng)度和韌性總是出現(xiàn)這種倒置關(guān)系,因此,對(duì)于工程材料而言,如何選擇材料的最佳強(qiáng)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(gòu)件在服役過程中的使役性能,應(yīng)從三方面進(jìn)行研究:1)明確材料強(qiáng)韌性能的物理意義;2)研究組織狀態(tài)對(duì)強(qiáng)韌性匹配的影響;3)優(yōu)化強(qiáng)韌性匹配實(shí)現(xiàn)疲勞性能的提高。對(duì)于強(qiáng)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(qiáng)度的方法可以通過最簡單的室溫拉伸試驗(yàn)來進(jìn)行,而韌性可以根據(jù)斷裂韌性測試等方法進(jìn)行表征。夏比缺口沖擊試驗(yàn)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(xué)行為,以及金屬材料的低溫脆性等。然而,目前對(duì)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(yàn)得到的沖擊韌性值也只能作為材料的一個(gè)參考值,并不是材料本身的特性。本文首先對(duì)一種馬氏體時(shí)效鋼在四種不同強(qiáng)度下進(jìn)行了室溫拉伸試驗(yàn)和夏比缺口沖擊試驗(yàn),通過拉伸實(shí)驗(yàn)得到的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算得到靜力韌度值,從沖擊實(shí)驗(yàn)得到不同材料的沖擊吸收功的大小,對(duì)剪切唇的尺寸進(jìn)行了測量,結(jié)合沖擊吸收功隨著試樣尺寸變化的關(guān)系進(jìn)行了分析,并對(duì)沖擊過程中的能量變化過程進(jìn)行了探討和分析。此外,本文針對(duì)FAS3550板簧幾種不同條件淬火+回火熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能進(jìn)行了研究,包括硬度測試、拉伸測試以及平面應(yīng)變斷裂韌性的測試,分析了熱處理工藝對(duì)其強(qiáng)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(kuò)展速率并且進(jìn)行了比較,對(duì)影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素進(jìn)行了分析,探討了熱處理工藝對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率以及組織和斷裂機(jī)制對(duì)于性能的影響,主要得到如下結(jié)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(kuò)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(dāng)試樣高度增大到一定尺寸時(shí),由于能量平衡準(zhǔn)則剪切唇的尺寸將會(huì)達(dá)到一個(gè)飽和值,此時(shí)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(yàn)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(xiàn)有帶狀組織的存在。幾種熱處理狀態(tài)下的FAS3550強(qiáng)度和韌性呈倒置關(guān)系,屈強(qiáng)比基本都在0.9左右。并且研究發(fā)現(xiàn),FAS3550在回火溫度為470℃時(shí),淬火溫度為870℃時(shí),綜合力學(xué)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(kuò)展速率曲線均發(fā)生不同程度的“跳躍”,疲勞裂紋擴(kuò)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(dǎo)致疲勞裂紋擴(kuò)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(shí),FAS3550板簧的疲勞裂紋擴(kuò)展速率與奔馳板簧的裂紋擴(kuò)展速率最接近。
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1268777