双相不锈钢热变形本构模型与组成相变形协调性研究

发布时间：2017-07-28 21:31

  本文关键词：双相不锈钢热变形本构模型与组成相变形协调性研究

  更多相关文章： 双相不锈钢 本构方程 数值模拟 变形协调性 应力应变配分

【摘要】：双相不锈钢具有铁素体和奥氏体两相结构,因而兼有奥氏体不锈钢优良的韧性、焊接性以及铁素体不锈钢的较高耐应力腐蚀性等特点,是一种真正意义上的高性能结构材料,广泛地应用于石化、造纸和石油等工业领域。但因其组成相本构特性与变形机制存有较大差异,变形时应力、应变在两相间的分配不均匀,两相变形协调性差,进而导致材料变形过程中出现裂纹缺陷,成为双相不锈钢制造瓶颈。因此,理清双相不锈钢变形时组成相各自的本构特性,从而获得不同初始组织与变形条件下两相间的应力应变配分规律,明确两相变形协调性与初始组织以及变形条件间的关联关系,对突破双相不锈钢变形致裂敏感的技术瓶颈具有重要的工程意义,有助于双相不锈钢加工工艺的制定与新钢种的设计、研发。本文采用室温拉伸、光学金相(OM)、电子背散射衍射(EBSD)、热物理模拟等方法,研究了2 205双相不锈钢连铸坯不同区域的室温力学性能和热变形行为;选取变形时最易开裂的柱状晶区进行深入研究,得到了宏观流变曲线预测模型以及考虑组成相变形协调性的本构关系,并结合有限元分析计算了不同初始组织和变形条件下两相间的应力应变配分规律,讨论了双相不锈钢变形规律、开裂特征与机理,主要结果如下:(1)试验钢连铸坯不同区域的性能与变形规律存有差异,柱状晶区的力学性能最差,热变形时最易开裂。(2)试验钢柱状晶区材料的热变形流变应力随着变形温度的升高、应变速率的降低而减小;两相的变形机制不同,铁素体主要以动态回复为主,而奥氏体主要是动态再结晶;裂纹主要在相界处形核并沿相界或(和)铁素体相内扩展。(3)考虑变形过程中摩擦以及塑性热对流变应力的影响,修正了柱状晶区材料的流变曲线,从而建立了综合考虑温度、应变速率以及应变的流变曲线预测模型。通过与实验结果对比,验证了预测模型的正确性。(4)利用JMatPro软件,获得了组成相在不同条件下的流变曲线;基于摩擦、温度修正后的流变曲线,结合混合法则,得到了双相不锈钢不同热压缩条件下组成相的本构方程,明确了双相不锈钢变形过程中应力应变的配分规律。(5)基于组织调控所得材料的EBSD图,建立了具有不同奥氏体组织特征的二维模型;获得了基于Voronoi图建立二维、三维多晶体模型的方法。(6)考虑两相各自的本构关系,进行有限元计算。明确了两相变形协调性以及开裂(失效)的特征及相应规律,并将模拟结果与实验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。
【关键词】：双相不锈钢 本构方程 数值模拟 变形协调性 应力应变配分
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 双相不锈钢的发展及应用概况13-15
• 1.2.1 双相不锈钢的发展历史13-14
• 1.2.2 双相不锈钢的性能特点及应用情况14-15
• 1.3 双相不锈钢高温变形条件下的力学行为与组织变化15-17
• 1.3.1 双相不锈钢的热变形软化行为15-16
• 1.3.2 双相不锈钢高温塑性变形行为的研究16-17
• 1.4 多相材料微观结构的有限元模拟研究17-20
• 1.5 双相材料变形协调性的研究20-21
• 1.6 本文的主要研究内容21-22
• 第2章 试验材料和方法22-27
• 2.1 试验材料22
• 2.2 室温力学性能试验22-24
• 2.2.1 室温拉伸试验23
• 2.2.2 显微硬度试验23-24
• 2.3 热压缩试验24-25
• 2.4 微观组织分析25-26
• 2.4.1 金相组织分析25
• 2.4.2 EBSD测试分析25-26
• 2.5 微观组织有限元模拟26-27
• 第3章 铸态双相不锈钢力学行为与组织分析27-48
• 3.1 双相不锈钢连铸坯不同区域的组织与性能分析27-33
• 3.1.1 连铸坯原始组织分析27-28
• 3.1.2 室温拉伸性能28-29
• 3.1.3 断口微观组织分析29-30
• 3.1.4 显微硬度30-31
• 3.1.5 高温压缩31-33
• 3.2 双相不锈钢连铸坯柱状晶区的热加工性能33-37
• 3.2.1 高温流变曲线33-35
• 3.2.2 组织分析35-37
• 3.3 EBSD分析37-38
• 3.4 流变曲线的修正及预测模型的建立38-46
• 3.4.1 摩擦修正38-40
• 3.4.2 温度修正40-42
• 3.4.3 材料常数的确定42-43
• 3.4.4 考虑应变补偿的模型43-45
• 3.4.5 模型的验证45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 双相不锈钢中两相力学行为48-56
• 4.1 基于JMatPro软件两相力学行为48-50
• 4.1.1 JMatPro热力学计算结果48-49
• 4.1.2 JMatPro机械性能计算结果49-50
• 4.2 基于混合法则两相力学行为50-55
• 4.2.1 应力应变配分模型的建立51-53
• 4.2.2 模型的计算结果与验证53-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 有限元模型的建立56-69
• 5.1 基于双相不锈钢微观组织二维模型的建立56-57
• 5.2 Voronoi图原理与应用57-58
• 5.3 Python语言及其在Abaqus二次开发中的应用58-60
• 5.3.1 Python语言简介58
• 5.3.2 Abaqus脚本接口与Abaqus/CAE的关系58-60
• 5.4 基于Voronoi方法的二维多晶建模60-63
• 5.4.1 二维Voronoi图在Matlab中的生成60-62
• 5.4.2 基于Voronoi图的二维多晶体模型在Abaqus中的生成62-63
• 5.5 基于Voronoi图的三维多晶体建模63-65
• 5.5.1 三维Voronoi图在Matlab中的生成63-64
• 5.5.2 基于Voronoi图的三维多晶体模型在Abaqus中的生成64-65
• 5.6 所建立的有限元模型65-68
• 5.7 本章小结68-69
• 第6章 双相不锈钢变形行为的有限元模拟69-80
• 6.1 基于双相不锈钢真实微观组织的拉伸模拟69-75
• 6.1.1 双相不锈钢室温拉伸模拟69-71
• 6.1.2 双相不锈钢高温拉伸模拟71-75
• 6.2 双相不锈钢高温压缩模拟75-79
• 6.2.1 各模型模拟结果与实验对比76
• 6.2.2 各模型变形过程中的应力及应变分布76-79
• 6.3 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果86-87
• 致谢87

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