低碳結(jié)構(gòu)鋼熱塑性成形過(guò)程的組織細(xì)化研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)鋼制構(gòu)件正朝著巨型化、高性能方向發(fā)展。而晶粒細(xì)化是唯一能同時(shí)提高鋼鐵材料強(qiáng)度和韌性的強(qiáng)化機(jī)制。因此，超細(xì)晶粒鋼研究已成為國(guó)際上高性能結(jié)構(gòu)材料研究領(lǐng)域中備受關(guān)注的熱點(diǎn)之一。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金課題“結(jié)構(gòu)鋼熱塑性成形過(guò)程中組織細(xì)化機(jī)理”，采用實(shí)驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)SPHC鋼在熱塑性成形過(guò)程中的奧氏體再結(jié)晶行為及應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)研究。分析了熱變形工藝參數(shù)在組織細(xì)化中的作用，并

2、提出了低碳結(jié)構(gòu)鋼熱塑性成形過(guò)程中晶粒細(xì)化的數(shù)學(xué)模型，探討了組織細(xì)化的機(jī)理，為新一代超細(xì)晶鋼生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。論文的主要研究結(jié)果如下：
　　 采用單道次熱壓縮實(shí)驗(yàn)，對(duì)SPHC鋼在熱塑性成形過(guò)程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行了研究。顯微組織分析表明：降低變形溫度和增加應(yīng)變速率，可以導(dǎo)致動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸的減小。通過(guò)分析動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，采用三次多項(xiàng)式擬合θ-σ和ln（θ）-ε曲線計(jì)算得到了發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界條件的數(shù)學(xué)模型。計(jì)算得

3、到了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶激活能為299.4 kJ/mol。建立了SPHC鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)模型和晶粒尺寸模型。
　　 采用雙道次熱壓縮實(shí)驗(yàn)，對(duì)SPHC鋼高溫變形后的靜態(tài)再結(jié)晶及亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行了研究。研究表明：高的變形溫度、大應(yīng)變量、高應(yīng)變速率及細(xì)小的初始奧氏體晶粒都有利于靜態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，靜態(tài)再結(jié)晶后的晶粒尺寸隨著應(yīng)變量的增大和初始晶粒尺寸的減小而減小。亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶主要受應(yīng)變速率和變形溫度的影響，隨著應(yīng)變速率的增大，亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)

4、程加快，亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒尺寸減小；隨著變形溫度的降低，亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行變得困難，而亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸減小。計(jì)算得到了SPHC鋼的靜態(tài)再結(jié)晶激活能和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶激活能分別為284-.1kJ/tool、195.6 kJ/mol，建立了各自的再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型和晶粒尺寸模型。
　　 在Gleeble1500型熱模擬機(jī)上通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)工藝，研究了熱變形工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著應(yīng)變量的增大和變形溫度的降低，

5、應(yīng)變誘導(dǎo)相變產(chǎn)生的鐵素體數(shù)量增多、晶粒尺寸細(xì)化；隨著應(yīng)變速率的增大，鐵素體數(shù)量和晶粒尺寸都減??；鐵素體晶粒的數(shù)量隨初始奧氏體晶粒尺寸的減小而增加。應(yīng)變誘導(dǎo)鐵索體相變機(jī)制為擴(kuò)散相變機(jī)制。
　　 在引入一套計(jì)算奧氏體變形儲(chǔ)存能的方法基礎(chǔ)上，以超組元模型為熱力學(xué)基礎(chǔ)，利用修正的KRC模型，開(kāi)發(fā)了多組元結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變熱力學(xué)計(jì)算模型，并分析了變形儲(chǔ)存能對(duì)應(yīng)變誘導(dǎo)鐵索體相變熱力學(xué)的影響。計(jì)算表明：奧氏體的變形儲(chǔ)存能隨著變形溫度的

6、降低和應(yīng)變速率的升高而增加；應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變的驅(qū)動(dòng)力隨著變形儲(chǔ)存能的增加而升高，其影響效果與溫度范圍有關(guān)，越靠近Ae3溫度，影響效果就越明顯；應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變平衡溫度Ae3隨著變形儲(chǔ)存能的增加，即溫度的降低或應(yīng)變速率的提高而升高。
　　 本文首次通過(guò)分析應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，采用三次多項(xiàng)式擬合θ-σ和ln（θ）-ε曲線計(jì)算得到了發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變的臨界條件的數(shù)學(xué)模型。
　　 通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，本文認(rèn)為應(yīng)