直接切削用非调质钢热加工行为及疲劳性能研究

发布时间：2017-09-21 16:43

  本文关键词：直接切削用非调质钢热加工行为及疲劳性能研究

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【摘要】：随着直接切削用非调质钢应用范围的进一步扩大和零件综合性能要求的日渐提高,特别是对疲劳性能的要求越来越高,优化非调质钢强韧性、疲劳性能具有十分重要的意义。优化力学性能及疲劳性能的主要手段是利用微合金化技术及控轧控冷工艺来细化晶粒、显微组织。因此,本文探究了两种不同钒含量的直接切削用非调质钢的动态再结晶、静态再结晶行为规律及其显微组织对高周疲劳性能的影响。在Gleeble-3800型热模拟试验机上研究了两个不同钒含量的直接切削用非调质钢的动态再结晶、静态再结晶行为规律。首先,在单道次热变形压缩实验中,V1钢(钒含量为0.15%)和V2钢(钒含量为0.05%)在不同的变形条件下都发生了动态再结晶。变形温度T越高、应变速率宅越低时,越容易发生动态再结晶；变形温度T越低、应变速率ε越高时,容易获得更细小的奥氏体动态再结晶晶粒。基于动态材料模型(DMM),建立了V1钢和V2钢的热加工图,确定在真应变为0.4时V1钢和V2钢的最优加工区域分别为：V1钢的变形温度为1050℃～1150℃之间、应变速率小于1 s-1；V2钢的变形温度为1025℃～1100-C、应变速率为0.1s-1～1s-1。其次,在双道次间隙变形实验过程中,发现影响静态再结晶发生的主要因素是变形温度和道次间隔时间,其中变形温度影响较大。提高变形温度和延长道次间隔时间,V1钢和V2钢的静态再结晶软化率和静态再结晶体积分数逐渐增大,V1钢和V2钢发生静态回复和静态再结晶软化越容易。随着发生静态再结晶的程度增加, V1钢和V2钢的奥氏体静态再结晶晶粒尺寸减小。在相同的变形条件下,由于热变形过程中第二相的析出,使得V1钢的奥氏体静态再结晶晶粒明显比V2钢细小。在旋转弯曲疲劳试验机上研究了V1钢和V2钢的高周疲劳性能。研究结果表明,V1钢具有远高于V2钢和商业42CrMo的疲劳强度及疲劳强度与抗拉强度的比值,其值分别为552MPa和0.50。V1钢中钒含量的增加,使钒与碳、氮元素形成大量细小弥散的V(CN)沉淀析出,钉扎奥氏体晶界,既起到析出强化的作用又起到晶粒细化的作用,从而提高了V1钢的疲劳裂纹萌生和扩展抗力,高周疲劳性能十分优异。
【关键词】：直接切削用非调质钢 钒 动态再结晶 静态再结晶 高周疲劳性能
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 非调质钢的概述13-18
• 1.2.1 非调质钢的发展历程及其应用13-14
• 1.2.2 非调质钢的分类14-18
• 1.3 热变形过程中奥氏体动态再结晶行为18-22
• 1.3.1 应力-应变曲线19-20
• 1.3.2 动态再结晶发生的条件20-21
• 1.3.3 动态再结晶动力学模型21-22
• 1.4 热加工图的理论研究22-26
• 1.4.1 热加工图理论的动态材料模型及能量耗散图22-24
• 1.4.2 失稳准则24-25
• 1.4.3 热加工图的建立25-26
• 1.5 热变形过程中奥氏体静态再结晶行为26-27
• 1.5.1 静态再结晶发生的条件26
• 1.5.2 静态再结晶的动力学模型26-27
• 1.6 微合金非调质钢疲劳性能的研究现状27-32
• 1.6.1 疲劳断裂的特点27-29
• 1.6.2 影响疲劳性能的因素29-32
• 1.6.2.1 显微组织的影响29-30
• 1.6.2.2 合金元素的影响30-32
• 1.7 课题研究背景和主要研究内容32-34
• 第二章 实验材料及研究方法34-40
• 2.1 实验材料34
• 2.2 实验方法34-40
• 2.2.1 Gleeble热模拟实验34-36
• 2.2.2 微观组织分析36-37
• 2.2.3 常规的强韧性能37-38
• 2.2.4 相分析38
• 2.2.5 旋转弯曲疲劳实验38-39
• 2.2.6 断口形貌分析39-40
• 第三章 直接切削用非调质钢动态再结晶行为的研究40-64
• 3.1 引言40
• 3.2 实验材料和方法40-42
• 3.2.1 实验材料和制备40-41
• 3.2.2 动态再结晶实验工艺41
• 3.2.3 动态再结晶实验方法41-42
• 3.3 奥氏体动态再结晶行为研究42-62
• 3.3.1 变形参数对真应力-真应变曲线的影响42-45
• 3.3.2 变形参数对峰值应力和峰值应变的影响45-47
• 3.3.3 动态再结晶RRT曲线47-48
• 3.3.4 动态再结晶激活能48-50
• 3.3.5 峰值应力与变形因子Z的关系50-51
• 3.3.6 动态再结晶动力学模型51-52
• 3.3.7 动态再结晶状态图52-53
• 3.3.8 动态再结晶晶粒尺寸模型53-55
• 3.3.9 热加工能量耗散图与塑性失稳图55-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第四章 直接切削用非调质钢静态再结晶行为的研究64-80
• 4.1 引言64
• 4.2 实验材料及方法64-65
• 4.2.1 静态再结晶实验工艺64-65
• 4.2.2 静态再结晶实验方法65
• 4.3 实验结果与分析65-79
• 4.3.1 应力-应变曲线65-72
• 4.3.1.1 不同变形温度对应力-应变曲线的影响65-69
• 4.3.1.2 不同间隔时间对应力-应变曲线的影响69-71
• 4.3.1.3 不同变形量对应力-应变曲线的影响71-72
• 4.3.2 静态再结晶的体积分数72-74
• 4.3.3 静态再结晶的动力学方程74-76
• 4.3.4 不同变形条件对奥氏体静态再结晶晶粒的影响76-79
• 4.3.4.1 不同变形温度对奥氏体静态再结晶晶粒的影响76-77
• 4.3.4.2 不同间隔时间对奥氏体静态再结晶晶粒的影响77-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第五章 直接切削用非调质钢疲劳性能的研究80-92
• 5.1 引言80
• 5.2 实验材料及方法80-81
• 5.3 实验结果与分析81-90
• 5.3.1 微观组织与力学性能81-85
• 5.3.2 冲击断口形貌85
• 5.3.3 疲劳性能85-87
• 5.3.4 疲劳断口观察87-90
• 5.4 本章小结90-92
• 第六章 结论92-94
• 致谢94-96
• 参考文献96-102
• 附录 攻读学位期间发表论文102

【参考文献】

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本文编号：895691