IF钢搅拌摩擦加工疲劳性能研究

发布时间：2017-08-29 09:25

  本文关键词：IF钢搅拌摩擦加工疲劳性能研究

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【摘要】：本文通过对DC04 IF钢进行搅拌摩擦加工(Friction stir processing,简称FSP),对不同条件及参数制备FSP材料微观组织和力学性能进行对比分析,优化细晶FSP IF钢加工工艺;在空气和3.5%NaCl中性腐蚀液中分别进行母材及FSP材料加工区的疲劳寿命S-N曲线以及加工区的疲劳裂纹扩展速率的研究。论文主要结果有:氩气保护条件下FSP后材料拥有较为优良的表面成形性,但晶粒尺寸较为粗大,约为20μm,表层硬度为148.6HV;循环水下FSP后得到的材料晶粒尺寸细小,晶粒尺寸可达到1~5μm,表层硬度高达323.2HV,但表面成形性差,搅拌头耗损高;经优化选取氩气保护中FSP后干冰酒精混合溶液急冷工艺对IF钢进行加工,选用最优参数为旋转速度950 rpm,前进速度60 mm/min,加工材料可以在拥有较平整的表面形貌的同时,表层晶粒尺寸及硬度可达水下加工中的细小晶粒尺寸和较高的硬度。材料加工区晶粒尺寸约为5~10μm,表层材料晶粒尺寸可达1μm,表层硬度为314.8HV。材料加工区抗拉强度达到474.16 MPa,是母材强度的150.9%。拉伸断口呈微孔聚合型韧性断裂特征。在空气中母材S-N曲线的拟合方程为:lgN=79.332535-31.428751lgσ;在空气中FSP加工区S-N曲线的拟合方程为:lgN=187.699770-69.444890lgσ;在3.5%NaCl溶液中母材S-N曲线的拟合方程为:lgN=25.522309-8.403823lgσ;在3.5%NaCl溶液中FSP加工区S-N曲线的拟合方程为:lgN=26.892612-8.291334lgσ,FSP加工区的疲劳寿命在腐蚀条件下比空气中降低。在空气中母材及FSP加工区疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=4.034×10-12(?K)5.688和da/dN=3.007×10-11(?K)4.880;在3.5%NaCl溶液中,母材与FSP加工区试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=6.096×10-18(?K)10.933和da/dN=2.347×10-14(?K)7.368。搅拌摩擦加工DC04 IF钢加工区的疲劳裂纹扩展速率在腐蚀条件下比空气中扩展速率快。
【关键词】：搅拌摩擦加工 DC04 IF钢 微观组织 疲劳性能
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 搅拌摩擦加工简介9-14
• 1.2.1 搅拌摩擦加工的原理9-10
• 1.2.2 搅拌摩擦加工的特点及影响因素10-12
• 1.2.3 FSW及FSP的应用现状12-14
• 1.3 腐蚀疲劳概况14-18
• 1.3.1 腐蚀疲劳定义及特征15-16
• 1.3.2 腐蚀疲劳的影响因素16-17
• 1.3.3 腐蚀疲劳的实验方法17
• 1.3.4 FSW/FSP的腐蚀疲劳研究现状17-18
• 1.4 课题研究的内容及意义18-19
• 1.4.1 课题研究内容18
• 1.4.2 课题研究意义18-19
• 1.5 本章小结19-21
• 2 实验设备与方法21-31
• 2.1 实验方案21
• 2.2 实验材料21-23
• 2.2.1 搅拌摩擦加工材料21-22
• 2.2.2 疲劳试验材料22-23
• 2.3 实验设备23-26
• 2.3.1 搅拌摩擦加工设备23-25
• 2.3.2 疲劳实验设备25-26
• 2.3.3 分析检测设备26
• 2.4 试验方法26-29
• 2.4.1 搅拌摩擦加工方法26-27
• 2.4.2 分析检测方法27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 搅拌摩擦加工制备表面细晶IF钢31-43
• 3.1 氩气保护条件与水下FSP31-35
• 3.1.1 加工区宏观形貌31-33
• 3.1.2 微观组织特征33-34
• 3.1.3 显微硬度分析34-35
• 3.2 氩气保护下FSP后干冰酒精混合液急冷工艺35-40
• 3.2.1 微观组织特征35-36
• 3.2.2 显微硬度分析36-37
• 3.2.3 拉伸强度37-38
• 3.2.4 双面加工材料性能38-40
• 3.2.5 拉伸断.形貌分析40
• 3.3 本章小结40-43
• 4 搅拌摩擦加工细晶IF钢疲劳寿命分析43-55
• 4.1 S-N曲线分析43-47
• 4.1.1 疲劳寿命实验结果43-45
• 4.1.2 拟合曲线及分析45-47
• 4.2 疲劳试样表面损伤形貌47-49
• 4.3 疲劳断.形貌分析49-52
• 4.3.1 空气中疲劳试样断.形貌49-51
• 4.3.2 3.5%NaCl溶液中疲劳试样断.形貌51-52
• 4.4 本章小结52-55
• 5 搅拌摩擦加工细晶IF钢疲劳裂纹扩展速率分析55-63
• 5.1 FCG扩展速率分析55-58
• 5.1.1 FCG实验曲线55-57
• 5.1.2 FSP疲劳裂纹扩展速率57
• 5.1.3 环境对疲劳裂纹扩展速率的影响57-58
• 5.2 疲劳裂纹扩展断.形貌分析58-61
• 5.3 DC04 IF钢FSP加工区腐蚀疲劳损伤机理61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 6 结论63-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士期间获奖及发表论文73

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