梯度结构IF钢的力学行为研究

发布时间：2017-10-06 12:24

  本文关键词：梯度结构IF钢的力学行为研究

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【摘要】：单级、均质纳米金属材料在室温准静态拉伸过程中，表现出低塑性的缺陷是限制其发展的重大瓶颈。而通过改变微结构，从而产生应变梯度和应力梯度以提高纳米金属综合力学性能，为我们克服这一瓶颈提供了新的思路。与此同时，在研究梯度结构材料综合力学性能时，还发现了类似于传统低碳钢中的屈服降行为。因而关于梯度纳米金属中出现的不同的屈服行为，对其微观机理的解释以及它的出现与存在又会怎样影响材料的力学性能，是梯度结构材料研究领域内相当重要的科学问题。通过对梯度纳米金属宏观力学性能、屈服行为、应变硬化行为、表面局部应变的分布与演化等的分析和讨论，加深对上述科学问题的理解，并拓展对梯度结构金属中屈服现象的认知，最终希望能对纳米结构金属力学性能的优化、梯度纳米结构金属力学行为的认识与发展提供一点参考。 本文选取IF钢为实验材料，采用表面机械碾磨处理（SurfaceMechanical grinding Treatment, SMGT）技术原理，以表面纳米化方式加工IF钢薄板，并通过采用不同的加工工艺，制备出多种具有不同屈服行为的梯度结构IF钢。根据准静态拉伸实验结果、采用显微硬度测试、循环应力松弛、三维全场应变测试等实验方法，分别对梯度结构IF钢中出现的几种不同屈服行为进行测试分析。最后，还通过改变样品的应变加载路径，分析了应变路径改变时对梯度结构IF钢 中有无特殊屈服行为的影响，以及对比不同路径下的力学性能。其主要的研究研究结果如下： (1) SMRGT处理得到的IF钢，其屈服强度可以提高到退火态的2-3倍，而且均匀延伸率保持在90%以上。然而，随着加工工艺的改变，梯度结构IF钢中相继出现“up turn、yield drop+up turn、yield drop”等不同的屈服行为，加上退火态样品的屈服现象，共有4种不同的屈服行为。 (2)从显微硬度测试的结果来看，几种样品表层硬度高，芯部层硬度低，但芯部层的硬度还是要高于退火态样品，说明样品在加工过程中，表层晶粒与芯部晶粒都受到了影响；与此同时，，对比拉伸前后的硬度结果，样品主要的加工硬化能力来源于芯部晶粒，但是表层晶粒也参与了一定的加工硬化过程。 (3)从循环应力松弛的结果来看，其中“up turn、yield drop”等现象的发生，是由于可动位错密度的下降，可动位错不足，导致加工硬化率的不足，与此同时物理激活体积上升，表示位错运动穿越障碍的平均自由程增加，位错运动阻碍增加；而随后加工硬化能力的回复，是由于可动位错密度的回升，物理激活体积下降了，表示位错运动穿越障碍的平均自由程降低，位错运动得以继续。 (4)从DIC实验结果来看，“up turn”现象的出现，样品局部出现高应变区，但是这种高应变区并不会发展成颈缩区，它会随着拉伸的继续而逐渐消失；“yield drop+up turn”现象出现时，样品局部会出现两个高应变区，其中一个高应变区最终发展成了颈缩区，而另一高应变区也在拉伸过程中逐渐消失；而对于单纯的“yield drop”现象，样品会在拉伸初期，也会出现一个高应变区，高应变区的出现对应着屈服降发生时的应变，而这个高应变区很快会发展成颈缩区。 (5)梯度结构IF钢中出现多种不同的屈服行为与拉伸的应变路径有关：当样品加工时球的碾压的方向平行于拉伸的加载方向，不管如何改变压入深度，样品都只有一种光滑连续型的屈服行为；当球的碾压的方向垂直于拉伸的加载方向时，随着压入深度的增加，样品相继会出现“up turn”、“yield drop+up turn”、“yield drop”等不同的屈服现象。
【关键词】：IF钢 梯度结构 力学性能 屈服行为
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 纳米结构金属力学性能12-14
• 1.1.1 强度与塑性12-13
• 1.1.2 纳米金属的应变硬化机制13-14
• 1.2 梯度结构金属材料力学行为14-25
• 1.2.1 梯度纳米结构金属制备方法14-16
• 1.2.2 梯度纳米晶结构金属的力学性能16-18
• 1.2.3 梯度纳米结构金属的应变硬化机制18-20
• 1.2.4 加工硬化率瞬态现象20-25
• 1.3 本文的研究思路与内容25-27
• 1.3.1 研究思路25
• 1.3.2 研究内容25-27
• 第二章 实验方法27-37
• 2.1 实验材料27
• 2.2 样品制备方法27-28
• 2.3 力学性能测试方法28-35
• 2.3.1 准静态拉伸测试28-29
• 2.3.2 循环应力松弛测试29-31
• 2.3.3 三维光学全场应变测试31-34
• 2.3.4 显微硬度测试34-35
• 2.4 光学显微镜观察35
• 2.5 EBSD 观察35
• 2.6 应变路径改变实验35-37
• 第三章 梯度结构 IF 钢的力学行为37-59
• 3.1 力学性能37-38
• 3.2 屈服行为38-42
• 3.3 显微硬度测试分析不同屈服行为样品42-45
• 3.3.1 GS_2显微硬度测试结果43
• 3.3.2 GS_3显微硬度测试结果43
• 3.3.3 GS_4显微硬度测试结果43-44
• 3.3.4 分析与讨论44-45
• 3.4 可动位错理论分析加工硬化率瞬态现象45-51
• 3.4.1 CG 应力松弛结果45-46
• 3.4.2 GS_2应力松弛结果46-48
• 3.4.3 GS_3应力松弛结果48-49
• 3.4.4 GS_4应力松弛结果49-50
• 3.4.3 讨论与分析50-51
• 3.5 三维全场应变测试分析加工硬化率瞬态现象51-58
• 3.5.1 CG-DIC 实验结果51-52
• 3.5.2 GS_2-DIC 实验结果52-54
• 3.5.3 GS_3-DIC 实验结果54-56
• 3.5.4 GS_4-DIC 实验结果56-57
• 3.5.5 分析与讨论57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第四章 应变路径改变对屈服行为的影响59-66
• 4.1 两种应变路径下的力学性能比较59-61
• 4.2 两种应变路径下的力学行为比较61-63
• 4.3 分析与讨论63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 全文总结与展望66-69
• 5.1 全文总结66-68
• 5.2 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士学位期间发表论文75

【共引文献】

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本文编号：982780