双相不锈钢局部微观变形行为细观力学分析及有限元表征方法探究
发布时间：2021-01-11 03:31
双相不锈钢构件在实际生产应用中往往会承受循环载荷,但其微结构的不连续的力学性能会导致材料在受载时应力集中相对严重,可能在较小的宏观载荷下,局部微结构就已经出现非常大的循环塑性变形。为满足构件结构设计要求,本文主要探究内容及结论如下:（1）对双相不锈钢的铁素体相和奥氏体相,分别开展了不同加载模式下（接触载荷和压入位移）和不同加载波形下的单向、循环纳米压痕实验,同时结合数字图像相关技术（DIC）观察了双相不锈钢在单轴拉伸载荷下的局部微观变形行为及其演化特征。（2）对双相不锈钢中各相的单向和循环纳米压痕实验过程进行有限元反演,发展了一套对双相不锈钢中各相的塑性与循环塑性行为有限元表征的方法,确定了修正后的Abdel-Karim-ohno本构模型循环变形参数,并将有限元分析结果与对应的宏微观试验进行比照,确认了参数合理可用。（3）基于双相不锈钢微结构代表性单元,对其进行单轴拉伸和循环变形行为的有限元分析,验证和讨论了其局部变形的分布和演化特点。结果表明:双相不锈钢中的铁素体相的硬度和强度均高于奥氏体相,两相之间通过晶界产生一定的交互作用,各相晶界处材料会影响临近相的力学性质;在循环纳米压痕条件...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２材料代表性区域（ａ）图像（ｂ）晶粒取向（ｃ）相态??
华东理工大学硕士学位论文?第９页??金相图。继而，在纳米压痕仪自带的显微镜下，观察得到双相不锈钢试样的表面呈现出??如图２．１所示的微观组织图像，其中凸起的区域为奥氏体相（Ａ），凹下的区域为铁素体??相（Ｆ）。在此处及后文的图、表中，Ａ表示奥氏体相，Ｆ表示铁素体相。实验选取ＸＰ??Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ压头，实验温度一直保持在２５°Ｃ，并为了实验的准确性，在实验之前需在样??品上选取合适的位置利用显微镜对压头进行校准，以减小压头最终的压入位置与显微镜??所定位置的偏差。??根据以往的探宄可知［５３－５４，７１１，在单向纳米压痕实验中可获得材料的弹性模量和硬度，??对材料的单向纳米压痕及卸载过程进行有限元反演，可获得材料的单轴拉伸曲线。本文??不仅要获取双相不锈钢中各组相的单轴拉伸曲线，也要利用循环纳米压痕实验结果来反??演获取各组相修正后的Ａｂｄｅｌ－Ｋａｒｉｍ－ｏｈｎｏ本构模型循环变形参数。故而，本章分别对双??相不锈钢中两相的不同位置分别进行多次不同载荷下的单向压痕实验和循环压痕实验。??单向压痕实验分别采用位移载荷控制和接触载荷控制两种方式：为了直观比较奥氏丨本相??和铁素体相中距离晶界不同位置处的承受压头的能力差距，单向纳米压痕实验采用接触??载荷控制，载荷峰值取２００ｍＮ，热漂０．０５ｎｍ／ｓ；单向压痕实验采用压入位移控制时，实??验峰值位移为１５００ｎｍ，热漂０．０５ｎｍ／ｓ。循环压痕实验利用接触载荷控制，考虑使闬图??２．２所示的等幅加载波形，取热漂Ｏ．ｌｎｍ／ｓ。对于图２．２所示的等幅加载波形，分别取峰??值接触载荷Ｆｍａｘ为５０ｍＮ，?１００ｍＮ和２００ｍＮ，最小接触载荷Ｆｍｉｎ均取５ｍＮ，设置加载??
华东理工大学硕士学位论文?第１３页??模量、硬度和最大接触载荷的重复性非常好。??２．２．３循环纳米压痕实验结果与讨论??本文通过循环纳米压痕实验，研究了奥氏体相和铁素体相的局部塑性循环变形行为。??实验选取图２．２所示的等幅循环加载波形，为了讨论载荷水平的影响，加载峰值载荷分??别定为５０ｍＮ、ｌＯＯｍＮ和２００ｍＮ，谷值载荷为５ｍＮ，设置加载速率为ＩＯｍＮ／ｓ，循环３０??周次后结束实验：图２．５（ａ）和２．５（ｂ）给出了在上述三个载荷水平下，奥氏体相（Ａ）和??铁素体相（Ｆ）的循环载荷－压入深度曲线和最大压入深度－循环周次曲线。??２１０???（ａ）?Ａ－２００ｍＮ??１?Ｐ－２００．Ｎ?／Ｊ?■??〇ｊ?１４０?－?Ａ－ｌＯＯｍＮ?／／＼ｌ?Ｕ??Ｆ－ｌＯＯｍＮ?Ｖ／?Ｉ?｜ｌ??１?Ｔ＇ｆＭ?ＩＩ??０?３００?６００?９００?１２００?１５００?１８００??Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ?ｄｅｐｔｈ，?ｎｍ??Ｃ?１〇ｎｎ?２００ｍＮ??ｌ?１８００??＾１６００?－＾?＼??名?？?一???????＝１４００?－??Ｔｅｓｔ－Ｆ??Ｔｅｓｔ－Ａ??．２??｜?１２００?＇?一一?一?——?１??邕１０００?：?１００ｍＮ??画?８００?????／??ｇ?６００?－?５０ｍＮ??０?５?１０?１５?２０?２５?３０??Ｃｙｃｌｅ，?Ｎ??图２．５两组相在等幅循环载荷下的循环变形行为（ａ）实验载荷－压入深度曲线最大压入深度－循??环周次曲线??Ｆｉｇ．?２．５?Ｃｙｃｌｉｃ?ｄｅｆｏｎｎａｔｉｏｎ?ｂｅｈａｖｉｏｒ?ｕｎｄｅｒ?ｔｗｏ?ｅｑｕａｌ?ａｍｐｌ
【参考文献】：
期刊论文
[1]增材制造钛合金的裂纹扩展行为的晶体塑性有限元分析[J]. 任斯远,王凯,刘斌超,鲍蕊. 航空科学技术. 2019(09)
[2]循环荷载下奥氏体型和双相型不锈钢材料本构关系研究[J]. 常笑,杨璐,王萌,尹飞. 工程力学. 2019(05)
[3]双相不锈钢中奥氏体沉淀相的晶粒取向及界面特征分布[J]. 许婷,方晓英,朱言利,王铭,尹文红,郭红. 材料工程. 2018(02)
[4]Ag-GNSs/SnAgCu钎料纳米压痕变形行为研究[J]. 徐连勇,张舒婷,荆洪阳,韩永典. 机械工程学报. 2018(08)
[5]Bi和Ni元素对Cu/SAC/Cu微焊点体钎料蠕变性能的影响[J]. 孔祥霞,孙凤莲,杨淼森,刘洋. 机械工程学报. 2017(02)
[6]基于微观晶相建模的双相钢吸能特性研究[J]. 庄蔚敏,解东旋,叶辉. 机械工程学报. 2016(04)
[7]双相不锈钢在压力容器中的应用[J]. 郑宝山. 化工设备与管道. 2014(05)
[8]预拉伸奥氏体不锈钢常温拉伸力学性能试验研究[J]. 黄泽,缪存坚,李涛,高晓哲,朱晓波,郑津洋,马利. 压力容器. 2013(06)
[9]双相不锈钢在压力容器制造中的应用[J]. 李海山,张文杰,张斌. 铸造技术. 2013(05)
[10]二维数字图像相关测量中离面位移引起的误差分析[J]. 戴相录,谢惠民,王怀喜. 实验力学. 2013(01)
本文编号：2969993
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２材料代表性区域（ａ）图像（ｂ）晶粒取向（ｃ）相态??
华东理工大学硕士学位论文?第９页??金相图。继而，在纳米压痕仪自带的显微镜下，观察得到双相不锈钢试样的表面呈现出??如图２．１所示的微观组织图像，其中凸起的区域为奥氏体相（Ａ），凹下的区域为铁素体??相（Ｆ）。在此处及后文的图、表中，Ａ表示奥氏体相，Ｆ表示铁素体相。实验选取ＸＰ??Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ压头，实验温度一直保持在２５°Ｃ，并为了实验的准确性，在实验之前需在样??品上选取合适的位置利用显微镜对压头进行校准，以减小压头最终的压入位置与显微镜??所定位置的偏差。??根据以往的探宄可知［５３－５４，７１１，在单向纳米压痕实验中可获得材料的弹性模量和硬度，??对材料的单向纳米压痕及卸载过程进行有限元反演，可获得材料的单轴拉伸曲线。本文??不仅要获取双相不锈钢中各组相的单轴拉伸曲线，也要利用循环纳米压痕实验结果来反??演获取各组相修正后的Ａｂｄｅｌ－Ｋａｒｉｍ－ｏｈｎｏ本构模型循环变形参数。故而，本章分别对双??相不锈钢中两相的不同位置分别进行多次不同载荷下的单向压痕实验和循环压痕实验。??单向压痕实验分别采用位移载荷控制和接触载荷控制两种方式：为了直观比较奥氏丨本相??和铁素体相中距离晶界不同位置处的承受压头的能力差距，单向纳米压痕实验采用接触??载荷控制，载荷峰值取２００ｍＮ，热漂０．０５ｎｍ／ｓ；单向压痕实验采用压入位移控制时，实??验峰值位移为１５００ｎｍ，热漂０．０５ｎｍ／ｓ。循环压痕实验利用接触载荷控制，考虑使闬图??２．２所示的等幅加载波形，取热漂Ｏ．ｌｎｍ／ｓ。对于图２．２所示的等幅加载波形，分别取峰??值接触载荷Ｆｍａｘ为５０ｍＮ，?１００ｍＮ和２００ｍＮ，最小接触载荷Ｆｍｉｎ均取５ｍＮ，设置加载??
华东理工大学硕士学位论文?第１３页??模量、硬度和最大接触载荷的重复性非常好。??２．２．３循环纳米压痕实验结果与讨论??本文通过循环纳米压痕实验，研究了奥氏体相和铁素体相的局部塑性循环变形行为。??实验选取图２．２所示的等幅循环加载波形，为了讨论载荷水平的影响，加载峰值载荷分??别定为５０ｍＮ、ｌＯＯｍＮ和２００ｍＮ，谷值载荷为５ｍＮ，设置加载速率为ＩＯｍＮ／ｓ，循环３０??周次后结束实验：图２．５（ａ）和２．５（ｂ）给出了在上述三个载荷水平下，奥氏体相（Ａ）和??铁素体相（Ｆ）的循环载荷－压入深度曲线和最大压入深度－循环周次曲线。??２１０???（ａ）?Ａ－２００ｍＮ??１?Ｐ－２００．Ｎ?／Ｊ?■??〇ｊ?１４０?－?Ａ－ｌＯＯｍＮ?／／＼ｌ?Ｕ??Ｆ－ｌＯＯｍＮ?Ｖ／?Ｉ?｜ｌ??１?Ｔ＇ｆＭ?ＩＩ??０?３００?６００?９００?１２００?１５００?１８００??Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ?ｄｅｐｔｈ，?ｎｍ??Ｃ?１〇ｎｎ?２００ｍＮ??ｌ?１８００??＾１６００?－＾?＼??名?？?一???????＝１４００?－??Ｔｅｓｔ－Ｆ??Ｔｅｓｔ－Ａ??．２??｜?１２００?＇?一一?一?——?１??邕１０００?：?１００ｍＮ??画?８００?????／??ｇ?６００?－?５０ｍＮ??０?５?１０?１５?２０?２５?３０??Ｃｙｃｌｅ，?Ｎ??图２．５两组相在等幅循环载荷下的循环变形行为（ａ）实验载荷－压入深度曲线最大压入深度－循??环周次曲线??Ｆｉｇ．?２．５?Ｃｙｃｌｉｃ?ｄｅｆｏｎｎａｔｉｏｎ?ｂｅｈａｖｉｏｒ?ｕｎｄｅｒ?ｔｗｏ?ｅｑｕａｌ?ａｍｐｌ
【参考文献】：
期刊论文
[1]增材制造钛合金的裂纹扩展行为的晶体塑性有限元分析[J]. 任斯远,王凯,刘斌超,鲍蕊. 航空科学技术. 2019(09)
[2]循环荷载下奥氏体型和双相型不锈钢材料本构关系研究[J]. 常笑,杨璐,王萌,尹飞. 工程力学. 2019(05)
[3]双相不锈钢中奥氏体沉淀相的晶粒取向及界面特征分布[J]. 许婷,方晓英,朱言利,王铭,尹文红,郭红. 材料工程. 2018(02)
[4]Ag-GNSs/SnAgCu钎料纳米压痕变形行为研究[J]. 徐连勇,张舒婷,荆洪阳,韩永典. 机械工程学报. 2018(08)
[5]Bi和Ni元素对Cu/SAC/Cu微焊点体钎料蠕变性能的影响[J]. 孔祥霞,孙凤莲,杨淼森,刘洋. 机械工程学报. 2017(02)
[6]基于微观晶相建模的双相钢吸能特性研究[J]. 庄蔚敏,解东旋,叶辉. 机械工程学报. 2016(04)
[7]双相不锈钢在压力容器中的应用[J]. 郑宝山. 化工设备与管道. 2014(05)
[8]预拉伸奥氏体不锈钢常温拉伸力学性能试验研究[J]. 黄泽,缪存坚,李涛,高晓哲,朱晓波,郑津洋,马利. 压力容器. 2013(06)
[9]双相不锈钢在压力容器制造中的应用[J]. 李海山,张文杰,张斌. 铸造技术. 2013(05)
[10]二维数字图像相关测量中离面位移引起的误差分析[J]. 戴相录,谢惠民,王怀喜. 实验力学. 2013(01)
本文编号：2969993
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