多次冲击碰撞载荷下T10钢的累积宏观塑性变形及其机理分析

摘要

一般认为材料受低应力小于其屈服极限时不会发生宏观塑性变形,而实际工程机械中如工业泵、阀门和凹凸模等零件在低于其屈服极限应力作用下仍然会发生宏观塑性变形,由此引起的裂纹及其扩展导致零件失效。因此研究零件在多次冲击碰撞载荷下的塑性变形行为及其规律,对提高零件使用寿命、降低生产成本、提高系统的可靠性和安全性有着重要的意义。
　　 本文选取刀、模具常用材料----T10钢试件,施以不同的热处理后,在自制多冲碰撞疲劳试验机上对其进行低应力多次冲击碰撞试验。采用坐标网格法研究了T10钢试件在多碰载荷下的宏观塑性变形效应；借助金相显微镜和Jade5.0软件对冲击前后试件的金相显微组织进行观测和分析,研究多次冲击碰撞载荷下试件的累积宏观塑性变形机理。试验结果表明,在冲击碰撞载荷仅为材料屈服极限的1/8(σ0.2=820MPa)时,试件仍然发生了明显的宏观塑性变形。随着冲击次数的增加,试件的宏观累积变形量逐步增加,但应变率先大后小,最后趋于停止；随着层高的增加,试件的应变量亦由大变小；当层高增加到一定数值时,试件不再发生变形。与此同时,材料在冲击前后的硬度值也发生了变化,主要表现在:随着冲击次数的增加,试件的硬度值变大；愈靠近表层硬度值增大越明显。比较试验前后试件的微观组织,发现试件在试验后有晶格变长、变宽,晶粒被拉长或断裂等现象,这主要是由于试件在低应力多次冲击载荷下各晶粒内的位错源会释放出大量的位错,这些位错在切变应力作用下沿着滑移面滑移,遇到颗粒状渗碳体等阻碍出现塞积,致使硬度值变大。采用Jade5.0软件对试件累积宏观塑性变形机理分析,通过对微观应变、微观应力、物相检索等参数计算,结果表明:晶体的微观应变产生了滑移和孪晶这两种常温塑性变形,大尺度的微观应变形成了宏观应变,微观残余应变是微观残余应力的表现形式。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题依据和意义

1.2 多冲国内外研究现状

1.3 课题组在多碰塑变领域研究进展

1.3.1 低应力多次冲击碰撞载荷的特点

1.3.2 低应力多次冲击碰撞的趋表效应

1.3.3 零件在多碰载荷下的失效形式

1.3.4 零件在多碰载荷下失效理论研究

1.3.5 多冲碰撞失效研究方法展望

1.4 本文研究内容

第二章 试验方案的设计

2.1 多冲疲劳试验机

2.2 低应力多碰试验方案设计

2.3 试件材料的选择

2.4 试件模型的设计

2.5 试验内容

2.6 试验设备仪器

2.7 本章小结

第三章 研究试件的累积宏观塑性变形

3.1 经典塑性变形理论

3.2 试件低应力多次冲击碰撞试验

3.3 低应力多次冲击碰撞试验数据处理

3.3.1 试件低应力多次冲击碰撞变形量

3.3.2 试件低应力多次冲击碰撞变形率

3.3.3 试件低应力多次冲击碰撞累计变形量

3.3.4 试件低应力多次冲击碰撞次数与应变率

3.4 冲击试验的硬度变化

3.5 低应力多次冲击碰撞累积宏观塑性变形的特点

3.6 本章小结

第四章 试件的金相显微组织分析

4.1 试验内容和研究方法

4.2 组织与性能的关系

4.3 试件的显微组织分析

4.3.1 T10钢调质试件冲击前后的显微组织

4.3.2 T10钢淬火试件冲击前后的显微组织

4.3.3 T10钢退火试件冲击前后的显微组织

4.4 分析试件冲击碰撞后的受力方向显微组织变化

4.4.1 T10钢调质试件纵向显微组织

4.4.2 T10钢淬火试件纵向显微组织

4.4.3 T10钢退火试件纵向显微组织

4.5 本章小结

第五章 试件的X多晶衍射分析

5.1 试验内容

5.2 物相分析定义

5.2.1 测试原理

5.2.2 物相定性分析

5.2.3 晶体尺寸、面积和微观应变、应力分析

5.2.4 晶体的结晶度

5.3 材料在衍射强度为100％时D值和晶粒尺寸

5.4 物相分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 课题研究与展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

附表一

附表二

附表三

致谢