GS-20Mn5钢非对称循环应力-应变本构模型及其应用

在实际工程中,机械结构件承受反复载荷时,内部往往是非对称的应力应变状态。在非对称循环加载条件下,材料不仅会表现出循环软/硬化特性,还会表现出平均应力松弛行为。这会影响其在循环稳定状态下的力学性能,进而影响结构在相应工况下承载服役的强度安全性。针对大型压机本体结构常用GS-20Mn5钢进行了单向拉伸及应变比R为0.5,应变幅0.20%、0.25%、0.27%、0.30%和0.40%的非对称应变循环加载试验研究,分别构建了基于单向拉伸试验结果的A-F随动硬化模型,以及基于非对称循环加载的Landgraf模型来描述其平均应力松弛特性,将其应用到Ramberg-Osgood公式中,结合A-F非线性随动硬化模型,建立了非对称循环加载条件下对应于循环应力-应变曲线的本构模型,并确定了相应模型参数。针对承受非对称循环载荷的某大型锻造液压机上横梁,应用所建立的本构模型分别进行了安定性数值分析,评估了其在循环载荷下的弹塑性强度安全性。结果显示,与采用单向拉伸条件下的A-F模型时的计算结果相比,采用非对称循环应力-应变本构模型时上横梁的安定极限载荷提高了约7%。     

Fe-19Cr-0.2Ni-5Mn-0.2Si在循环加载下的马氏体相变规律及其影响

 相变诱导塑性(TRIP)双相不锈钢具有优良的强度和塑性,且兼顾经济性,因此工业应用潜力很大。而厘清TRIP型双相不锈钢在循环加载下产生的马氏体相变对其循环力学性能的影响规律,是促进其进一步开发及工业化应用的基础。以TRIP型双相不锈钢Fe-19Cr-0.2 Ni-5Mn-0.2Si为研究对象,开展循环性能及相变特征研究。应用INSTRON试验机,分别进行拉伸试验和应变幅为0.6%的对称循环加载试验,测定试验钢的拉伸力学性能及循环软硬化性能。在循环加载过程中,应用铁素体测量仪测量不同循环周次下的马氏体转变量,分析马氏体相变特征。利用透射电镜,观测典型循环周次下的微观结构,分析马氏体相变和位错结构演化规律。进而,研究马氏体相变和位错结构演化对循环软硬化性能的作用机制。结果表明,试验钢在拉伸条件下,表现出明显的TRIP效应;循环初期马氏体转变速率较快,之后转变速率逐渐降低并且逐渐趋于零;循环软硬化特征可分为3个阶段,初始循环硬化、循环软化和二次循环硬化阶段;初始循环硬化由两相中位错的增殖引起的硬化效应起主导作用;随后的循环软化,由铁素体中低能位错结构所引起的软化效应起主导作用;在二次循环硬化阶段,相变马氏体对材料的硬化起主导作用。总的来说,马氏体相变对试验钢循环加载初期的循环软硬化性能影响较小,但对循环后期的性能影响较大。