喷射成形过程建模与铁素体基低密度高强钢的制备研究
发布时间：2023-12-08 20:32
面对日益增长的能源与环境需求,轻量化是汽车工业发展的重要方向,新型轻质材料如铝、镁、复合材料等的应用对传统钢铁材料产生了巨大挑战。面对这种形势,钢铁材料也在逐步向满足轻量化需求的方向发展。近年来,人们提出了一种新的方法,通过添加Al等轻质元素来实现钢密度的降低,同时能够保持材料优异的力学性能,这类新型轻量化钢铁材料被称为低密度钢。低密度钢主要以Fe-Mn-Al-C系合金为主,合金微观组织多样,主要以铁素体或奥氏体,抑或两相混合为基体。铁素体基低密度钢(也称δ-TRIP钢)因其具有中低锰含量、良好的制造性和优异的力学性能引起了广泛的关注。铁素体基低密度钢由于Al元素的加入促进了铁素体稳定性,使其在凝固过程中液相析出的δ铁素体不能完全转变而保留至室温,在传统凝固的缓慢冷却条件下,该类合金铸态组织中常存在大量的粗大δ铁素体枝晶,同时较高的合金元素在缓慢的冷却以及粗大枝晶条件下很容易形成偏析。粗大的δ铁素体枝晶在后续热加工中无法消除,并会形成严重的带状组织,对材料的力学性能产生不利影响。喷射成形作为一种快速凝固技术,在消除枝晶、细化组织和抑制偏析方面具有独特优势,因此本文采用喷射成形工艺来制备...
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 喷射成形技术及其研究进展
1.1.1 喷射成形原理
1.1.2 喷射成形在钢铁材料中的应用
1.1.3 喷射成形数值模拟进展
1.2 Fe-Mn-Al-C系低密度钢的研究进展
1.2.1 低密度钢的组分和相图
1.2.2 低密度钢的微观组织
1.2.3 低密度钢的强化机制
1.3 课题研究意义与主要研究内容
第2章 金属液滴喷射过程的热力学与动力学研究
2.1 USGA超声雾化喷嘴气流场特性
2.1.1 气流场模型与边界条件
2.1.2 USGA喷嘴气流场分析
2.1.3 雾化压力对气流场的影响
2.2 液滴飞行过程的冷却与凝固
2.2.1 液滴运动与冷却凝固模型
2.2.2 液滴尺寸分布及其物性参数
2.2.3 液滴的冷却与凝固过程分析
2.2.4 雾化锥平均固相率的影响因素
2.2.5 USGA喷嘴冷却速率评估
2.3 液滴沉积时的撞击动力学分析
2.3.1 LBM模型
2.3.2 LBM方程的离散方法
2.3.3 静态液滴的数值验证
2.3.4 液滴撞击过程分析
2.3.5 液滴撞击速度的影响
2.4 本章小结
第3章 喷射成形沉积坯生长与传热模拟及孔隙预测建模
3.1 沉积过程坯料生长模拟
3.1.1 沉积坯生长模型
3.1.2 沉积过程的生长形貌演变
3.1.3 喷射成形参数对沉积形貌的影响
3.2 沉积过程三维传热模拟
3.2.1 传热控制方程
3.2.2 传热数值计算方法
3.2.3 沉积坯温度场模拟结果
3.2.4 沉积坯形貌对温度场的影响
3.2.5 喷射工艺参数对温度场的影响
3.3 沉积过程孔隙率的预测建模
3.3.1 孔隙预测模型
3.3.2 孔隙预测模拟参数
3.3.3 孔隙预测结果及验证
3.3.4 热物性参数对孔隙预测结果的影响
3.3.5 雾化液滴沉积温度和基板温度对孔隙率预测的影响
3.4 本章小结
第4章 喷射成形δ-TRIP钢的微观组织与力学性能
4.1 δ-TRIP钢的制备与表征方法
4.1.1 δ-TRIP钢的喷射成形工艺
4.1.2 δ-TRIP钢的轧制工艺
4.1.3 微观组织观察和性能测试
4.2 喷射成形δ-TRIP钢的微观组织
4.2.1 喷射态δ-TRIP钢的微观组织
4.2.2 喷射态δ-TRIP钢的元素分布
4.3 喷射成形δ-TRIP钢的相变分析
4.3.1 相变温度测定
4.3.2 连续冷却转变
4.4 喷射成形δ-TRIP钢的轧制组织与性能
4.4.1 热轧微观组织与性能
4.4.2 冷轧微观组织与性能
4.4.3 δ-TRIP钢轧制过程的断裂行为
4.4.4 冷轧退火微观组织与性能
4.5 本章小结
第5章 喷射成形δ-TRIP钢的残余奥氏体稳定性和变形机制研究
5.1 δ-TRIP钢的热处理工艺与残余奥氏体分析
5.1.1 热处理工艺
5.1.2 残余奥氏体测试分析
5.2 不同退火温度下δ-TRIP钢的微观组织和力学性能
5.2.1 不同退火温度下δ-TRIP钢的微观组织
5.2.2 喷射成形δ-TRIP钢的力学性能
5.2.3 喷射成形δ-TRIP钢的断口特征分析
5.3 喷射成形δ-TRIP钢的残余奥氏体稳定性
5.3.1 残余奥氏体(RA)含量随退火温度的变化
5.3.2 残余奥氏体的机械稳定性
5.4 喷射成形δ-TRIP钢的变形强化机制
5.5 δ 铁素体形貌对δ-TRIP钢变形行为的影响
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术论文及成果
致谢
本文编号：3871102
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 喷射成形技术及其研究进展
1.1.1 喷射成形原理
1.1.2 喷射成形在钢铁材料中的应用
1.1.3 喷射成形数值模拟进展
1.2 Fe-Mn-Al-C系低密度钢的研究进展
1.2.1 低密度钢的组分和相图
1.2.2 低密度钢的微观组织
1.2.3 低密度钢的强化机制
1.3 课题研究意义与主要研究内容
第2章 金属液滴喷射过程的热力学与动力学研究
2.1 USGA超声雾化喷嘴气流场特性
2.1.1 气流场模型与边界条件
2.1.2 USGA喷嘴气流场分析
2.1.3 雾化压力对气流场的影响
2.2 液滴飞行过程的冷却与凝固
2.2.1 液滴运动与冷却凝固模型
2.2.2 液滴尺寸分布及其物性参数
2.2.3 液滴的冷却与凝固过程分析
2.2.4 雾化锥平均固相率的影响因素
2.2.5 USGA喷嘴冷却速率评估
2.3 液滴沉积时的撞击动力学分析
2.3.1 LBM模型
2.3.2 LBM方程的离散方法
2.3.3 静态液滴的数值验证
2.3.4 液滴撞击过程分析
2.3.5 液滴撞击速度的影响
2.4 本章小结
第3章 喷射成形沉积坯生长与传热模拟及孔隙预测建模
3.1 沉积过程坯料生长模拟
3.1.1 沉积坯生长模型
3.1.2 沉积过程的生长形貌演变
3.1.3 喷射成形参数对沉积形貌的影响
3.2 沉积过程三维传热模拟
3.2.1 传热控制方程
3.2.2 传热数值计算方法
3.2.3 沉积坯温度场模拟结果
3.2.4 沉积坯形貌对温度场的影响
3.2.5 喷射工艺参数对温度场的影响
3.3 沉积过程孔隙率的预测建模
3.3.1 孔隙预测模型
3.3.2 孔隙预测模拟参数
3.3.3 孔隙预测结果及验证
3.3.4 热物性参数对孔隙预测结果的影响
3.3.5 雾化液滴沉积温度和基板温度对孔隙率预测的影响
3.4 本章小结
第4章 喷射成形δ-TRIP钢的微观组织与力学性能
4.1 δ-TRIP钢的制备与表征方法
4.1.1 δ-TRIP钢的喷射成形工艺
4.1.2 δ-TRIP钢的轧制工艺
4.1.3 微观组织观察和性能测试
4.2 喷射成形δ-TRIP钢的微观组织
4.2.1 喷射态δ-TRIP钢的微观组织
4.2.2 喷射态δ-TRIP钢的元素分布
4.3 喷射成形δ-TRIP钢的相变分析
4.3.1 相变温度测定
4.3.2 连续冷却转变
4.4 喷射成形δ-TRIP钢的轧制组织与性能
4.4.1 热轧微观组织与性能
4.4.2 冷轧微观组织与性能
4.4.3 δ-TRIP钢轧制过程的断裂行为
4.4.4 冷轧退火微观组织与性能
4.5 本章小结
第5章 喷射成形δ-TRIP钢的残余奥氏体稳定性和变形机制研究
5.1 δ-TRIP钢的热处理工艺与残余奥氏体分析
5.1.1 热处理工艺
5.1.2 残余奥氏体测试分析
5.2 不同退火温度下δ-TRIP钢的微观组织和力学性能
5.2.1 不同退火温度下δ-TRIP钢的微观组织
5.2.2 喷射成形δ-TRIP钢的力学性能
5.2.3 喷射成形δ-TRIP钢的断口特征分析
5.3 喷射成形δ-TRIP钢的残余奥氏体稳定性
5.3.1 残余奥氏体(RA)含量随退火温度的变化
5.3.2 残余奥氏体的机械稳定性
5.4 喷射成形δ-TRIP钢的变形强化机制
5.5 δ 铁素体形貌对δ-TRIP钢变形行为的影响
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术论文及成果
致谢
本文编号：3871102
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