A100超高强度钢的等温压缩行为及工艺参数优化

摘要

A100超高强度钢因其具有高的抗拉强度、硬度和抗疲劳性能并兼有高的断裂韧性和延展性，被广泛用于先进战机起落架和各种重要承力构件及防护件。本文主要借助Gleeble-3500型热模拟机和LEICA金相显微镜对A100超高强度钢进行热压缩实验和金相实验。通过摩擦和温升效应对流变应力的影响、流变应力曲线、动态再结晶行为、组织演变规律、本构模型以及加工图的深入研究，可为该钢的热加工可行域优化和组织性能控制提供理论依据。主要研究成果如下： A100超高强度钢在热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响较为显著，采取的修正方法能有效降低这些因素引起的流变应力误差。该钢的流变应力对变形温度和应变速率较为敏感，会随着变形温度的升高或应变速率的降低而下降。基于Cingara-McQueen方程的推导，确定了其动态再结晶临界应变与峰值应变的比值约为0.459，并通过Zener-Hollomon因子建立了动态再结晶的临界应变/应力、峰值应变/应力和稳态应变/应力模型，绘制了动态再结晶状态图，准确描述了动态再结晶发生的参数区间。根据该钢热变形后组织演变规律的分析，表明变形温度的升高或应变速率的降低均有利于动态再结晶的发生；在同一变形条件下，压缩试样中的不同压缩区域中组织发生动态再结晶的程度为大变形区>小变形区>难变形区；低温、高应变速率和高温、低应变速率下的组织均匀性较差，不宜进行热加工。函数-0.208rex80883.16 exp(95410.22/R)0.198d T????为该钢的动态再结晶平均晶粒尺寸预测模型，其预测值与实验值具有良好一致性，平均相对误差为8.56%。 通过Arrhenius型唯象本构模型和具有物理基础的本构模型分别表征了A100超高强度钢的流变应力行为。两种本构模型均考虑了应变的影响，其中所建立的物理本构模型还考虑了温度对材料自扩散系数和杨氏模量的影响，构建方法较为简便。结果表明：唯象和物理本构模型的平均相对误差分别为4.99%和4.89%，均具有较好的预测效果，其中具有物理基础的本构模型的预测效果更优。 根据能量耗散系数和失稳参数构建了A100超高强度钢在不同应变下的加工图，并结合微观组织验证，结果表明：该钢的流变失稳区范围大致为850~890℃、0.01~10 s-1，890~1100℃、0.4~10 s-1和1100~1200℃、1.2~10 s-1，失稳组织特征表现为机械失稳和局部塑形流动；该钢在900~1050℃、0.01~0.1 s-1和1050~1100℃、0.1~1 s-1的条件下具有较高的能量耗散值，是形成较为细小、均匀的动态再结晶组织的区域，可作为其最佳的热加工工艺参数范围。

目录

第1章 绪论

1.1 超高强度钢简介

1.2 A100超高强度钢及其研究现状

1.3 热变形本构模型概述

1.4 加工图的发展及应用现状

1.5 本论文研究的目的、意义及内容

第2章 A100超高强度钢热压缩实验及流变应力曲线修正

2.1 引言

2.2 实验材料与方法

2.3 流变应力曲线修正

2.4 本章小结

第3章 A100超高强度钢的动态再结晶行为及组织演变

3.1 引言

3.2 A100超高强度钢的真应力-应变曲线

3.3 A100超高强度钢的动态再结晶行为研究

3.4 A100超高强度钢的组织演变

3.5 本章小结

第4章 A100超高强度钢的热变形本构模型研究

4.1 引言

4.2 基于唯象的A100超高强度钢本构模型

4.3 基于物理的A100超高强度钢本构模型

4.4 本构模型的预测及误差检验

4.5 本章小结

第5章 A100超高强度钢的热加工可行域优化

5.1 引言

5.2 基于动态材料模型的加工图概述

5.3 A100超高强度钢加工图的构建与分析

5.4 加工图预测结果的微观组织验证

5.5 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士期间学术论文发表和科研项目参加情况

致谢

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