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阐述相变应力影响低合金中碳钢相变实验和建模

收藏本文 2024-03-07 点赞:32489 浏览:147272 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:热处理是温度、相变、应力应变三者相互耦合的复杂固态相变历程,由此产生的内应力非常难于在线测量。随着计算机技术的进展,数值模拟为热处理历程的在线制约提供了手段。在热处理数值模拟中,需要建立温度-相变、温度-应力、应力-相变三对耦合数学模型,同时需要完备的材料物性参数。温度对相变的影响主要是相变动力学,应力影响相变包括应力对相变动力学的影响和相变塑性。在本论文工作中,首先对低合金中碳高强度钢42CrMo的机械性能参数进行了测试,得到了该钢种奥氏体、马氏体、珠光体、贝氏体在不同温度下的弹性模量、塑性模量、屈服极限、线膨胀系数等物性参数。对42CrMo钢马氏体相变动力学以及应力影响马氏体转变开始点温度进行了探讨。探讨结果发现单向应力对马氏体相变开始温度的影响没有太显著的规律性,但压应力会提升Ms点,而拉应力对Ms点的影响不显著。建立了42CrMo钢贝氏体等温转变相变动力学,发现随着温度的升高,相变动力学参数有规律性变化。由于贝氏体相变不完全转变,有着残余奥氏体,利用XRD手段,对衍射谱进行浅析,得到了不同冷速和不同温度下的贝氏体相变中残余奥氏体的含量。制定了马氏体相变塑性实验的具体实验案例,依据实验数据,将马氏体相变塑性应变与应力进行线性拟合获得相变塑性系数。分别对贝氏体连续冷却转变和贝氏体等温转变的相变塑性实验进行了实验规范制定和数据分离策略推导,得到了在恒定冷速下的贝氏体相变塑性系数,以及不同温度下贝氏体等温转变的相变塑性系数。探讨发现,随着温度升高,贝氏体等温转变的相变塑性系数与温度成线性分布。基于Greenwood-Johnson机理的相变塑性模型计算出了相变塑性系数,预测结果与实测值的偏差在20%范围内。参照实验测量的相变塑性应变值,探讨了相变塑性动力学函数的选取对相变塑性应变模拟结果的影响。利用Scheil叠加法,基于贝氏体等温相变动力学,模拟了圆柱小试样连续冷却历程的贝氏体相变及径向变化,对Scheil叠加法的实际运用提出了一些倡议。关键词:应力影响相变动力学论文相变塑性论文数值模拟论文热处理论文

    摘要3-4

    Abstract4-9

    第1章 课题背景与文献综述9-25

    1.1 课题背景9-10

    1.2 高效、清洁、精确热处理技术10-11

    1.2.1 热处理技术路线图及最新进展10

    1.2.2 制约冷却技术10-11

    1.3 应力对相变的影响11-15

    1.3.1 温度、相变、应力应变的相互影响11-12

    1.3.2 切变型相变动力学12-13

    1.3.3 扩散型相变动力学13-15

    1.4 相变塑性及其影响15-21

    1.4.1 相变塑性的概念15

    1.4.2 相变塑性的机理15-16

    1.4.3 相变塑性的数学模型16-18

    1.4.4 相变塑性探讨的实验策略18-21

    1.4.5 相变塑性的影响21

    1.5 热处理数值模拟及其进展21-23

    1.5.1 温度场、应力场、组织场的计算模型21-22

    1.5.2 热处理数值模拟的新进展22-23

    1.6 本论文的主要工作和作用23-25

    第2章 42CrMo 钢物性参数及残余奥氏体的测定25-34

    2.1 引言25

    2.2 42CrMo 钢热处理产物的金相和晶界照片25-28

    2.2.1 各相变产物的金相照片25-27

    2.2.2 各相变产物的奥氏体晶界照片27-28

    2.3 42CrMo 钢各组织的机械性能参数28-30

    2.4 各组织线膨胀系数的测定30

    2.5 残余奥氏体的测定30-32

    2.6 本章小结32-34

    第3章 42CrMo 钢马氏体相变动力学和相变塑性34-47

    3.1 引言34

    3.2 42CrMo 钢 CCT 曲线和 TTT 曲线34-36

    3.3 马氏体相变动力学探讨36-39

    3.3.1 马氏体转变温度开始点的确定37

    3.3.2 马氏体相变动力学参数的确定37-39

    3.3.3 应力对马氏体转变开始点的影响39

    3.4 马氏体相变塑性的实验探讨39-45

    3.4.1 拉伸试样的尺寸及装夹方式39-40

    3.4.2 马氏体相变塑性实验案例40-42

    3.4.3 马氏体相变塑性的数据处理42-43

    3.4.4 马氏体相变塑性实验结果43-45

    3.5 本章小结45-47

    第4章 42CrMo 钢贝氏体相变动力学和相变塑性47-57

    4.1 引言47

    4.2 无应力下贝氏体相变动力学探讨47-49

    4.2.1 相变孕育期的确定48

    4.2.2 相变动力学参数的确定48-49

    4.3 贝氏体等温转变相变塑性49-53

    4.3.1 贝氏体等温转变相变塑性实验案例49-50

    4.3.2 贝氏体等温转变相变塑性的数据处理50-51

    4.3.3 贝氏体等温转变塑性实验结果51-53

    4.4 贝氏体连续冷却相变塑性实验探讨53-56

    4.4.1 贝氏体连续冷却相变塑性实验案例53

    4.4.2 贝氏体连续冷却相变塑性的数据处理53-54

    4.4.3 贝氏体连续冷却相变塑性实验结果54-56

    4.5 本章小结56-57

    第5章 贝氏体相变塑性预测模型的验证57-64

    5.1 引言57

    5.2 贝氏体等温转变相变塑性模型的验证57-61

    5.2.1 相变塑性系数的验证58-59

    5.2.2 相变塑性动力学函数的验证59-60

    5.2.3 贝氏体等温转变相变塑性应变的模拟60

    5.2.4 贝氏体等温相变径向总应变的模拟60-61

    5.3 基于等温转变的贝氏体连续冷却转变历程的数值模拟61-63

    5.3.1 模拟计算策略62

    5.3.2 模拟结果的验证62-63

    5.4 本章小结63-64

    第6章 结论64-66

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