超高强度马氏体时效不锈钢的疲劳损伤机理研究

发布时间：2017-10-30 06:34

  本文关键词：超高强度马氏体时效不锈钢的疲劳损伤机理研究

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【摘要】：在科学技术飞跃发展的今天,马氏体时效不锈钢因其十分优异的综合性能被广泛地应用在各个领域,但是新技术的需求与应用对其提出了很大的挑战,不仅服役条件更加苛刻,对其力学性能有了更高的要求,而且对其节能、环保等社会效益提出了新的挑战。由于当前针对马氏体时效不锈钢疲劳性能相关研究报道十分少见,及实际应用的迫切需求,因此对马氏体时效不锈钢疲劳性能的研究与探讨具有重要意义。本文以马氏体时效不锈钢为实验研究对象,通过对其热处理工艺的优化与相关参数的调整,获得了1900MPa级马氏体时效不锈钢的最佳热处理工艺:首先在1050℃固溶1h,之后在液氮中深冷8h,最后在500℃时效12h。利用三维原子探针和透射电镜对峰时效态马氏体时效不锈钢第二相粒子的分布与形态进行了观察和分析,进一步分析与研究了马氏体时效不锈钢峰时效态中的三种析出相(富Cr相、富Mo相及Ni(Ti,Al)相)对材料力学性能的作用机制。利用超声疲劳试验机对峰时效态马氏体时效不锈钢的疲劳性能进行了研究与分析。根据获得的S N数据,分别计算了不同失效条件下Basquin公式中的疲劳强度系数和指数,并对相关曲线进行了拟合。利用扫描电镜与激光共聚焦显微镜观察了疲劳断口形貌特征,基于对疲劳试样断口的观察和分析,提出了超高周内部基体起裂新模型,并利用疲劳断口特征尺寸的统计与计算结果再一次验证了该模型的可靠性。最后,针对超声疲劳过程中的热效应进行了相关研究,发现表面裂纹起裂试样的烧蚀现象更为严重,相对来说内部基体起裂试样的烧蚀现象较轻微,且烧蚀的起点位置均在断口两侧几乎对称的位置。双表面裂纹源断口在裂纹交汇处的烧蚀更加严重,而在单表面裂纹源断口上则出现了两条与裂纹扩展方向相垂直的烧蚀线。经计算分析初步认为,内部基体起裂试样的疲劳寿命对超声疲劳过程中产生的热效应是不敏感的。
【关键词】：马氏体时效不锈钢 疲劳损伤 超声疲劳 时效强化 热效应
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG161;TG142.71
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章绪论13-30
• 1.1 马氏体时效不锈钢的发展现状13-19
• 1.1.1 不锈钢的发展及分类13-14
• 1.1.2 马氏体时效不锈钢14-15
• 1.1.3 马氏体时效不锈钢中合金元素的作用15-17
• 1.1.4 马氏体时效不锈钢的强韧化机理17-18
• 1.1.5 马氏体时效不锈钢的冶炼及热处理工艺18-19
• 1.2 疲劳19-29
• 1.2.1 疲劳的分类19-20
• 1.2.2 疲劳的发展概况20-21
• 1.2.3 超高周疲劳研究21-29
• 1.3 本文主要研究内容29-30
• 第2章实验材料及方法30-34
• 2.1 引言30
• 2.2 马氏体时效不锈钢的成分设计及制备30-32
• 2.2.1 成分设计30
• 2.2.2 原材料制备30-32
• 2.3 实验方法32-33
• 2.3.1 光学金相观察32
• 2.3.2 扫描电镜观察32
• 2.3.3 激光共聚焦显微镜观察32
• 2.3.4 透射电镜观察32-33
• 2.3.5 三维原子探针观察33
• 2.3.6 热物性测试33
• 2.4 力学性能测试33-34
• 2.4.1 硬度测试33
• 2.4.2 拉伸性能测试33
• 2.4.3 疲劳性能测试33-34
• 第3章马氏体时效不锈钢的热处理工艺研究34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 实验方法34-36
• 3.3 实验结果与分析36-48
• 3.3.1 相变特性研究36
• 3.3.2 热处理工艺参数的选择及优化36-48
• 3.4 小结48-50
• 第4章马氏体时效不锈钢的疲劳性能研究50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 实验方法50-53
• 4.2.1 超声疲劳试样的制备50-52
• 4.2.2 超声疲劳实验52-53
• 4.2.3 疲劳断.观察53
• 4.3 实验结果与分析53-64
• 4.3.1 S N曲线53-55
• 4.3.2 断.分析55-64
• 4.4 小结64-66
• 第5章超声疲劳过程中热效应的探讨66-72
• 5.1 引言66
• 5.2 实验方法66-67
• 5.3 实验结果与分析67-71
• 5.3.1 熔断现象67-68
• 5.3.2 表面及基体起裂的热效应68-71
• 5.4 小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果80-81
• 致谢81-83

【参考文献】

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1 张继明,杨振国,张建锋,李广义,李守新,惠卫军,翁宇庆;零夹杂42CrMo高强钢的超长寿命疲劳性能[J];金属学报;2005年02期

2 钱桂安;洪友士;;环境介质对40Cr结构钢高周和超高周疲劳行为的影响[J];金属学报;2009年11期

3 周承恩,洪友士;GCr15钢超高周疲劳行为的实验研究[J];机械强度;2004年S1期

4 杨霞;白英龙;连玉栋;果世驹;;合金元素对马氏体时效强化不锈钢力学性能的影响[J];炼钢;2011年04期

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本文编号：1116541