拉-压应力状态下300M钢流变行为和动态再结晶过程对比研究

作     者：王佳锴 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李建军;郑志镇

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：300M钢 应力状态 本构模型 动态再结晶模型 原位观察 

摘      要：在模锻成形过程中,材料会经历复杂的应力状态。已有研究表明,在不同的应力状态下,模锻材料的流动行为和微观组织演变行为也会出现不同。所以研究不同应力状态下300M钢的流动行为和微观组织演变行为,对于制定300M钢大型锻件模锻成形的工艺参数,确保成形质量,具有重要的意义。本文开展300M钢高温拉伸实验,建立300M钢在拉伸应力状态下的本构模型和动态再结晶模型,并与已有高温压缩状态下300M钢的流动和材料组织演化模型进行对比研究。主要内容如下:首先,采用Gleeble3500热模拟试验机,对300M钢拉伸试样在温度900℃150℃,应变速率0.01 s0 s条件下进行高温拉伸实验,并通过缩颈修正得到真实应力-应变曲线。对比拉伸和压缩真实应力-应变曲线,发现拉伸应力-应变曲线呈现动态回复型,而压缩应力-应变曲线呈现动态再结晶型。同等变形条件下拉伸应力大于压缩应力。根据拉伸真实应力-应变曲线建立Arrhenius本构方程,与压缩状态下的本构方程对比,发现拉伸变形时300M钢的变形激活能小于压缩应力状态下的变形激活能,这是由于压缩变形相较拉伸变形发生更多的动态再结晶现象,动态再结晶需要消耗更多的能量。然后,采用OM金相观察方法,观察了300M钢拉伸变形后的试样表面微观组织。与其他材料不同,在300M拉伸试样中发现较为明显的动态再结晶,并且动态再结晶随着温度增加和应变速率的减小而增加。对观察到的微观金相组织使用截线法统计动态再结晶晶粒尺寸,建立动态再结晶体积分数模型和动态再结晶晶粒尺寸模型。对比拉伸压缩不同应力状态下的动态再结晶体积分数模型发现,在相同变形条件下,拉伸的动态再结晶体积分数小于压缩,这与之前对本构模型的研究得出的结论保持一致。最后,在高温激光共聚焦显微镜下,对300M钢试样进行了高温拉伸原位观察实验,通过实时观察高温拉伸变形过程中的微观组织演化情况,分析了300M钢动态再结晶机制的形成机理,发现应变诱导晶界迁移和孪晶促进拉伸过程中的动态再结晶。同时将原位观察到的微观组织与之前使用传统金相法得到的微观组织进行对比,发现传统金相腐蚀法和原位观察得到的结果能较好的吻合。