贝氏体—残余奥氏体钢冷拉拔过程组织演变与变形机理研究
发布时间：2023-04-05 14:24
钢丝制品是重要的钢材产品之一,种类多,用量大。目前国内外高强度钢丝普遍采用珠光体组织经由多道次冷拉拔加工得到,加工过程通常需要进行多次铅浴淬火处理,对环境污染较大。同时随着钢丝强度的提高,材料成分向高碳方向发展,而碳含量的提高是钢丝出现塑性恶化、扭转分层等问题的重要原因之一。针对目前钢丝产品生产过程中存在的问题,本课题结合新一代高强钢的研究成果,以现有的低温贝氏体钢为基础,综合考虑钢丝生产和应用过程中的要求,从减少加工过程的环境污染和有利于钢丝拉拔变形的角度,进行新型贝氏体-残余奥氏体钢丝的成分体系设计、热处理工艺以及冷拉拔过程中组织形变、相变行为和变形机理的研究。钢丝拉拔属于大塑性冷变形过程,需要重新设计已有的用作结构件的低温贝氏体钢成分,使其适应冷拉拔加工过程中多道次、大变形量的特点。通过热力学计算和热膨胀实验,设计了以硅、锰以及铝、磷复合添加的实验钢成分,充分分离了珠光体相区和贝氏体相区,有效抑制了过冷奥氏体的分解,获得了所需的板条状贝氏体-残余奥氏体组织。同时,通过相关动力学计算,发现贝氏体等温初期由于两相界面附近碳元素浓度的差异,会导致两相界面附近区域的奥氏体内出现碳浓度的双...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题背景
1.2 研究目的和意义
2 文献综述
2.1 珠光体高强度钢丝发展与研究现状
2.1.1 珠光体高强度钢丝介绍及强化机理
2.1.2 钢丝制备技术研究进展
2.1.3 冷拉拔珠光体钢高强度机理
2.2 贝氏体-残余奥氏体钢组织性能特点
2.2.1 贝氏体钢研究进展
2.2.2 贝氏体-残余奥氏体复相组织性能特点
2.3 贝氏体及残余奥氏体在钢丝中的应用
2.4 有限元法数值仿真分析在含残余奥氏体新型高强钢中的应用
2.4.1 应变诱发马氏体相变的有限元模拟
2.4.2 代表性体积元法在数值模拟中的应用
2.4.3 ABAQUS有限元软件及VUMAT子程序简介
3 研究内容与研究方法
3.1 研究内容
3.2 技术路线
3.3 实验材料、实验设备与实验方法
3.3.1 实验材料与工艺
3.3.2 微观组织观察
3.3.3 性能分布测试
4 实验钢成分设计及相变规律
4.1 冷拉拔贝氏体-残余奥氏体钢的成分设计及热处理原则
4.2 实验钢相变规律研究
4.2.1 实验钢热力学计算及分析
4.2.2 实验钢等温转变动力学计算
4.2.3 实验钢连续冷却及等温转变过程中的组织演变
4.3 贝氏体区等温过程中的元素扩散
4.3.1 贝氏体经典切变等温转变模型
4.3.2 改进后的模型
4.3.3 电子探针测量结果
4.4 本章小结
5 冷拉拔过程中组织演变及其形变不均匀性
5.1 贝氏体-残余奥氏体钢冷拉拔过程中的组织演变
5.2 冷拉拔过程中残余奥氏体形貌演变及相变行为
5.3 冷拉拔过程中变形的不均匀性
5.3.1 边部变形层组织演变
5.3.2 冷拉拔过程中的变形不均匀性及冗余变形
5.3.3 不均匀变形对断口形貌的影响
5.4 冷拉拔变形过程中显微组织变形方式及变形机理分析
5.4.1 贝氏体-残余奥氏体冷拉拔变形特点
5.4.2 贝氏体-残余奥氏体冷拉拔变形机理
5.4.3 拉拔过程中裂纹的产生及扩展形式
5.5 本章小结
6 多种应力状态下贝氏体-残余奥氏体组织演变模拟
6.1 基于实际微观组织的二维RVE模型的建立
6.2 实验钢中残余奥氏体马氏体相变判据及子程序实现
6.2.1 马氏体相变动力学模型
6.2.2 马氏体相变模型在VUMAT子程序中的实现
6.3 贝氏体-残余奥氏体钢中各相本构方程
6.4 显微组织形变模拟的用户子程序实现及其验证
6.4.1 VUMAT子程序流程
6.4.2 塑性变形过程中相关弹塑性理论的子程序实现
6.4.3 VUMAT子程序及RVE模型的验证
6.5 结果与讨论
6.5.1 单向应力状态下变形过程中显微组织的演变
6.5.2 冷拉拔过程中不同部位复合应力状态下显微组织的演变
6.6 本章小结
7 结论
8 创新点
参考文献
附录A 含马氏体相变模型的显微组织形变VUMAT子程序
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3783568
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题背景
1.2 研究目的和意义
2 文献综述
2.1 珠光体高强度钢丝发展与研究现状
2.1.1 珠光体高强度钢丝介绍及强化机理
2.1.2 钢丝制备技术研究进展
2.1.3 冷拉拔珠光体钢高强度机理
2.2 贝氏体-残余奥氏体钢组织性能特点
2.2.1 贝氏体钢研究进展
2.2.2 贝氏体-残余奥氏体复相组织性能特点
2.3 贝氏体及残余奥氏体在钢丝中的应用
2.4 有限元法数值仿真分析在含残余奥氏体新型高强钢中的应用
2.4.1 应变诱发马氏体相变的有限元模拟
2.4.2 代表性体积元法在数值模拟中的应用
2.4.3 ABAQUS有限元软件及VUMAT子程序简介
3 研究内容与研究方法
3.1 研究内容
3.2 技术路线
3.3 实验材料、实验设备与实验方法
3.3.1 实验材料与工艺
3.3.2 微观组织观察
3.3.3 性能分布测试
4 实验钢成分设计及相变规律
4.1 冷拉拔贝氏体-残余奥氏体钢的成分设计及热处理原则
4.2 实验钢相变规律研究
4.2.1 实验钢热力学计算及分析
4.2.2 实验钢等温转变动力学计算
4.2.3 实验钢连续冷却及等温转变过程中的组织演变
4.3 贝氏体区等温过程中的元素扩散
4.3.1 贝氏体经典切变等温转变模型
4.3.2 改进后的模型
4.3.3 电子探针测量结果
4.4 本章小结
5 冷拉拔过程中组织演变及其形变不均匀性
5.1 贝氏体-残余奥氏体钢冷拉拔过程中的组织演变
5.2 冷拉拔过程中残余奥氏体形貌演变及相变行为
5.3 冷拉拔过程中变形的不均匀性
5.3.1 边部变形层组织演变
5.3.2 冷拉拔过程中的变形不均匀性及冗余变形
5.3.3 不均匀变形对断口形貌的影响
5.4 冷拉拔变形过程中显微组织变形方式及变形机理分析
5.4.1 贝氏体-残余奥氏体冷拉拔变形特点
5.4.2 贝氏体-残余奥氏体冷拉拔变形机理
5.4.3 拉拔过程中裂纹的产生及扩展形式
5.5 本章小结
6 多种应力状态下贝氏体-残余奥氏体组织演变模拟
6.1 基于实际微观组织的二维RVE模型的建立
6.2 实验钢中残余奥氏体马氏体相变判据及子程序实现
6.2.1 马氏体相变动力学模型
6.2.2 马氏体相变模型在VUMAT子程序中的实现
6.3 贝氏体-残余奥氏体钢中各相本构方程
6.4 显微组织形变模拟的用户子程序实现及其验证
6.4.1 VUMAT子程序流程
6.4.2 塑性变形过程中相关弹塑性理论的子程序实现
6.4.3 VUMAT子程序及RVE模型的验证
6.5 结果与讨论
6.5.1 单向应力状态下变形过程中显微组织的演变
6.5.2 冷拉拔过程中不同部位复合应力状态下显微组织的演变
6.6 本章小结
7 结论
8 创新点
参考文献
附录A 含马氏体相变模型的显微组织形变VUMAT子程序
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3783568
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3783568.html
