奥氏体不锈钢高温变形过程中颈缩机制的研究

摘要

金属材料在高温变形加工过程中会发生不均匀应变，这种应变集中在某一个区域发生应变局部化，引起表面局部颈缩，甚至使工件开裂。本文在THERMORESTOR-W热/力模拟试验机进行高温拉伸试验，研究了金属材料从开始塑性变形到变形局部化的发生，以及发展为颈缩的演变过程机制;高温变形的应变速率敏感性指数、应力状态以及变形强化机制对变形局部化和颈缩的影响规律;原始缺陷及变形过程中产生的几何不均匀对颈缩发生的影响。
　　 通过对304奥氏体不锈钢进行1150℃、950℃和750℃的高温拉伸卸载试验，研究了高温拉伸过程中材料的不均匀变形的演变和颈缩的产生和过程。分析发现，在高温拉伸变形过程中出现了不均匀变形。随着应变量的增大，表面粗糙度逐渐增大;从试样宏观整体上看，当应变量较小时，尽管试样出现了变形局部化，但仍保持着几何上的均匀性;当应变量较大时，在1150℃试样的轮廓演变为竹节形，失稳颈缩发生在其中一个局部化区域内;950℃时为单个的局部化区域，并在其内形成颈缩。进行了750℃的拉伸试验，发现试样表面变形局部化很少，基本上是光滑的。
　　 通过对304奥氏体不锈钢进行950℃～1200℃范围内的高温拉伸试验，研究了304奥氏体不锈钢的高温变形特性和应变速率敏感指数m对颈缩的影响。分析发现:应变速率敏感指数m随着温度的升高而增大，而且不同温度下试样的颈缩应变量随着应变速率敏感指数m的增大而增大。进而提出了高温拉伸过程的不均匀变形和颈缩机制，在拉伸变形的初期就形成一个变形集中区域，高温下由于较高的应变速率强化使变形不断的转移，从而形成了试样轮廓上的凹陷，当应变较大时局部化区域不发生转移，而集中在一个区域内形成颈缩引起断裂。随着温度的升高，应变速率敏感指数m增大，较大的应变速率敏感指数使应变速率强化效果更加显著，并推迟了颈缩的发生，使试样表面粗糙度更大。
　　 通过对304奥氏体不锈钢进行1150℃和950℃缺口拉伸试样，并结合有限元研究其应力状态对颈缩的影响。分析表明，应力三轴度越高，试样越容易发生颈缩;温度越高，由于较高的应变速率敏感指数，使试样获得较大的颈缩应变量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 颈缩

1．2．1 颈缩

1．2．2 颈缩的影响因素

1．3 不均匀变形

1．3．1 不均匀变形

1．3．2 不均匀变形的影响

1．3．3 变形局部化

1．4 颈缩和不均匀变形的研究方法

1．4．1 拉伸试验

1．4．2 有限元模拟

1．5 不均匀变形和颈缩的高温研究

1．6 主要研究内容

第2章 试验方法

2．1 单轴拉伸试验材料及方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试样的制备

2．1．3 试验方法

2．2 多轴拉伸试验材料及方法

2．2．1 试验材料

2．2．2 试样的制备

2．2．3 试验方法

2．3 本章小结

第3章 奥氏体不锈钢高温拉伸过程中的不均匀变形及颈缩

3．1 引言

3．2 拉伸后试样的宏观形貌

3．3 试样轮廓曲线

3．5 应变分布

3．4 小结

第4章 温度对颈缩应变量的影响

4．1 引言

4．2 高温力学性能

4．2．1 工程应力-应变曲线

4．2．2 真应力-应变曲线

4．2．3 应变速率敏感指数

4．2．4 颈缩应变量

4．3 变形局部化及颈缩分析

4．4 本章小结

第5章 应力状态对颈缩的影响

5．1 前言

5．2 颈缩应变

5．3 有限元建模计算应力三轴度

5．4 应力状态对颈缩的影响

5．4．1 应力状态对颈缩应变的影响

5．4．2 应力状态对颈缩轮廓的影响

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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