60Si2MnA弹簧钢的应力松弛加速试验技术研究

摘要

本文利用拉伸和应力松弛试验设备研究了60Si2MnA钢的拉伸和应力松弛性能。并利用金相显微镜、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察分析了60Si2MnA钢的组织和断口形貌。进而根据试验获得的参数对材料的应力松弛特性进行了预测。
　　拉伸试验表明，随着温度的上升，60Si2MnA钢的屈服强度、抗拉强度、断裂强度均呈下降趋势；断裂总伸长率、断后伸长率和断面收缩率均呈上升趋势。拉伸断口均为杯锥状断口，是典型的韧窝断裂。金相观察发现，拉伸组织中出现了沿拉伸方向的位向分布，且温度越高越明显。TEM观察发现，在外加载荷的作用下，铁素体晶条界处产生位错增殖，碳化物相界面出也产生位错增殖，两者在碳化物附近交互作用形成位错缠结，位错缠结的出现使得合金的塑性变形抗力增大。随着温度的升高，原子热激活程度增加，位错运动更加容易进行，因此变形量增加，但位错也更加容易绕过碳化物，从而使位错缠结减少，变形抗力降低，因此材料的强度指标有所下降。
　　针对传统应力松弛试验装置的不足，研制了一套应力松弛试验装置，然后利用该装置进行了一系列的应力松弛试验。应力松弛试验表明，不同条件下的应力松弛曲线形状基本相同，整个应力松弛过程可以分为明显的两个阶段。金相分析发现，应力松弛后碳化物出现了明显的沿载荷方向的位向分布，这比拉伸时位向的改变要明显的多。TEM分析发现，应力松弛过程中位错沿着铁素体晶条界产生，进而与碳化物增殖的位错形成位错缠结，导致塑性变形抗力增加。随着温度的升高，由于原子热激活的作用，位错运动更加容易进行，因此载荷下降速度更快，但同时会造成碳化物相界面上的位错缠结减少，从而导致塑性变形抗力降低，表现为应力松弛极限降低。初始载荷的提高也能一定程度上促进位错的运动，从而表现为位错缠结减少，同样导致塑性变形抗力降低，极限应力松弛率降低。
　　利用阿伦尼斯模型、逆幂率模型对材料在温度为24℃、初始载荷为20kN的应力松弛曲线进行预测，并对结果进行验证，给出了加速模型的适用性。

目录

60Si2MnA 弹簧钢的应力松弛加速试验技术研究

A STUDY ON STRESS RELAXATIONACCELERATED TEST OF60Si2MnA STEEL

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 弹簧钢

1.2 60Si2MnA 弹簧钢

1.3 金属材料在高温下的性能

1.3.1 拉伸

1.3.2 蠕变及应力松弛

1.4 加速寿命试验

1.4.1 加速应力

1.4.2 加速模型

1.5 高温拉伸及应力松弛试验规范

1.6 课题背景及研究的目的和意义

1.7 本课题主要研究内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 热处理工艺

2.3 试样的制备

2.4 60Si2MnA 钢的拉伸试验

2.5 60Si2MnA 钢的应力松弛试验

2.6 60Si2MnA 钢的组织结构分析

2.6.1 金相显微分析

2.6.2 电子扫描显微分析

2.6.3 电子透射显微分析

第3章 60Si2MnA 钢的拉伸性能研究

3.1 引言

3.2 最终热处理工艺对60Si2MnA 钢性能的影响

3.3 60Si2MnA 钢的高温拉伸性能

3.4 60Si2MnA 钢高温拉伸断口分析

3.5 60Si2MnA 钢高温拉伸组织特征

3.5.1 金相分析

3.5.2 TEM 分析

3.6 本章小结

第4章 应力松弛试验装置的研制

4.1 引言

4.2 应力松弛装置的结构

4.3 应力松弛装置的工作原理

4.4 环境温度对应力松弛装置的影响及修正

4.5 本章小结

第5章 60Si2MnA 钢的应力松弛性能研究

5.1 引言

5.2 60Si2MnA 钢的应力松弛曲线

5.2.1 不同温度、固定初始载荷下的应力松弛曲线

5.2.2 不同初始载荷、恒定温度下的应力松弛曲线

5.3 60Si2MnA 钢的应力松弛组织特征

5.3.1 金相分析

5.3.2 TEM 分析

5.4 60Si2MnA 钢应力松弛寿命预测

5.4.1 温度加速、固定初始载荷时的加速试验预测

5.4.2 初始载荷加速、固定温度时的加速试验预测

5.5 应力松弛加速试验预测结果的分析

5.5.1 预测结果的验证

5.5.2 预测模型的适用性

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢