表面凹槽形態(tài)對(duì)Q-P-T鋼力學(xué)性能和成形性的影響.pdf

1、新型淬火-分配-回火(Q-P-T)鋼是目前具有最佳強(qiáng)塑積的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼之一,國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究,包括其析出強(qiáng)化機(jī)制,殘留奧氏體增塑機(jī)制等,但大部分研究都集中在Q-P-T鋼的力學(xué)性能以及組織結(jié)構(gòu)上,尚未對(duì)其實(shí)際生產(chǎn)中的成形加工性能進(jìn)行研究。
　　成形極限圖(FLD)是目前最為廣泛應(yīng)用的表征材料成形能力的工具。通常,確定FLD的方法有實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩種,但通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定成形極限圖不僅工作量大,而且得到的數(shù)據(jù)往往很分散以至

2、于FLD的準(zhǔn)確性受到影響,因此采用極大減少實(shí)驗(yàn)量的數(shù)值方法來(lái)建立FLD。數(shù)值模擬成形極限需要結(jié)合材料的本構(gòu)關(guān)系以及失穩(wěn)理論。鑒于材料不可避免的存在缺陷和厚度的微小不均性,在M-K的凹槽理論中,認(rèn)為板材的失穩(wěn)均始于某一凹槽缺陷部分,把凹槽作為突破口研究FLD。然而,純數(shù)值模擬也存在著不足,最突出的在于無(wú)法完全模擬材料的真實(shí)特性,很多內(nèi)部缺陷或者熱處理參數(shù)均會(huì)影響材料的本構(gòu)關(guān)系,而本構(gòu)關(guān)系又直接影響著材料的極限應(yīng)變預(yù)測(cè)。另外,在現(xiàn)有的FLD

3、理論的凹槽模型中,研究者運(yùn)用不同的凹槽角度進(jìn)行模擬,但尚未確認(rèn)合理的凹槽角度范圍;此外,很多研究雖然考慮了初始厚度不均度對(duì)成形性的影響,但是并未明確給出多大的凹槽深度滿足成形性條件,即尚未確認(rèn)在FLD理論預(yù)測(cè)中它們應(yīng)取的合理數(shù)值。本文對(duì)Fe-0.2C-1.5Mn-1.5Si-0.6Cr-0.05Nb進(jìn)行淬火-分配-回火處理,以此為實(shí)驗(yàn)材料對(duì)Q-P-T鋼的成形性進(jìn)行探索。
　　本文對(duì)單晶體的彈塑性理論進(jìn)行了張量描述,給出了理論上描述

4、材料本構(gòu)關(guān)系的表達(dá)式,并結(jié)合Swift失穩(wěn)判據(jù),Hill失穩(wěn)判據(jù)和M-K失穩(wěn)判據(jù)分別給出了預(yù)測(cè)材料極限應(yīng)變的方法。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的凹槽形態(tài),即凹槽深度比分為5％,10%,15%,25%,凹槽角度分為90°,60°,45°,確定了凹槽形態(tài)對(duì)Q-P-T鋼力學(xué)性能的影響。單軸拉伸結(jié)果表明,當(dāng)凹槽深度比固定時(shí),隨著凹槽角度變小,材料的強(qiáng)度和塑性均會(huì)變大;當(dāng)凹槽角度固定時(shí),隨著凹槽深度比的增大,材料的強(qiáng)度和塑性均會(huì)變小;在凹槽深度比超過(guò)10%后,材

5、料的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)大幅下降?？傊诒緦?shí)驗(yàn)中的所有凹槽形態(tài)中(不包括無(wú)凹槽試樣),凹槽深度比為5%,凹槽角度為45°的凹槽試樣表現(xiàn)的強(qiáng)度與塑性均為最佳。隨后,通過(guò)對(duì)比不同擬合模型的優(yōu)劣,確定采用Ludwik模型來(lái)擬合本構(gòu)關(guān)系,結(jié)合Swift-Hill失穩(wěn)理論計(jì)算不同凹槽深度比的45°凹槽試樣單軸拉伸下的極限應(yīng)變,得出5%凹槽深度比滿足成形性條件,遠(yuǎn)大于5%凹槽深度比的理論計(jì)算值將低估實(shí)際材料成形性能力;在凹槽比約為5%時(shí),大于45°凹槽角的理