INFLUENCE OF FERRITE-MARTENSITE MICROSTRUCTURE ON STRENGTH AND STRAIN HARDENING BEHAVIOR OF 12CrMo STEEL ANALYSED WITH FINITE ELEMENT METHOD

本文用有限元网格模拟12CrMo钢铁素体(F)+马氏体(M)双相组织的显微结构,利用轴对称弹塑性大应变有限元程序,计算了几种不同马氏体含量12CrMo钢的应力应变曲线,和相应的实验结果吻合较好.结果表明:马氏体含量是影响双相组织强度的主要因素。在低应变时,双相组织的流变应力和马氏体含量成线性关系,在高应变时呈非线性关系.强度随马氏体岛的直径减小而略增大.当马氏体含量为50％时,以马氏体为基体的双相组织强度高于以铁素体为基体的.计算的应力应变曲线在颈缩之前可用两段幂硬化规律近似,第一阶段的硬化指数n_1≈0.30—0.45,n_1对基体相比较敏感,而对第二相的尺寸、形状变化不敏感.硬化的第二阶段代表了12CrMo钢双相组织的应力应变曲线上绝大部分硬化规律。和n_1相反,n_2对第二相尺寸、形状变化比较敏感.对基体相不敏感.n_2在数值上约等于(1/2)n_1,和Mileiko理论值接近,但n_2大于实际测量的最大均匀应变ε_u.     

INFLUENCE OF FERRITE-MARTENSITE MICROSTRUCTURE ON STRESS AND STRAIN DISTRIBUTIONS IN TWO PHASES FOR 12CrMo STEEL ANALYSED WITH FINITE ELEMENT METHOD

本文用弹塑性大应变轴对称有限元程序,较详细地分析了12CrMo钢F+M双相组织的显微结构(马氏体体积分数,尺寸,基体相)变化时两相内局部及平均应力应变分布形态,特别是对两相材料微观断裂机制有重要作用的水静应力和最大剪应力的分布与变化.由计算的应力应变分布形态所展示的亚微观断裂性质与实验观察相符.     

12CrMo钢F+M双相组织对两相内应力应变分布影响的有限元分析

本文用弹塑性大应变轴对称有限元程序,较详细地分析了12CrMo钢F+M双相组织的显微结构(马氏体体积分数,尺寸,基体相)变化时两相内局部及平均应力应变分布形态,特别是对两相材料微观断裂机制有重要作用的水静应力和最大剪应力的分布与变化.由计算的应力应变分布形态所展示的亚微观断裂性质与实验观察相符.     

STAGES ON STRAIN HARDENING CURVE AND ULTIMATE UNIFORM STRAIN

本文采用自行设计和改进的滚动刀口径向引伸仪,精确地测定了若干典型金属材料的真应力(σ)-真应变(ε)曲线。根据最大均匀应变ε_B对应于σ-ε曲线和dσ/1dε-ε曲线交点的理论关系,探讨了基体和第二相对这两条曲线,亦即对ε_B值的影响。根据在双对数坐标上硬化曲线出现阶段性的事实,分析了硬化指数n_1,n_2对基体和第二相敏感的问题。研究表明,dσ/dε-ε曲线主要取决于基体状态,而口σ-ε曲线则受第二相影响较大。n_1对基体较敏感;n_z则对第二相较敏感。n_s的出现是一个值得重视的问题。文中最后讨论了n和ε_B的关系,指出一定条件下只存在n_z=ε_B的近似关系。     

金属硬化曲线的阶段性和最大均匀应变

本文采用自行设计和改进的滚动刀口径向引伸仪,精确地测定了若干典型金属材料的真应力(σ)-真应变(ε)曲线。根据最大均匀应变ε_B对应于σ-ε曲线和dσ/1dε-ε曲线交点的理论关系,探讨了基体和第二相对这两条曲线,亦即对ε_B值的影响。根据在双对数坐标上硬化曲线出现阶段性的事实,分析了硬化指数n_1,n_2对基体和第二相敏感的问题。研究表明,dσ/dε-ε曲线主要取决于基体状态,而口σ-ε曲线则受第二相影响较大。n_1对基体较敏感;n_z则对第二相较敏感。n_s的出现是一个值得重视的问题。文中最后讨论了n和ε_B的关系,指出一定条件下只存在n_z=ε_B的近似关系。     

不同马氏体含量的F/M双相钢组织及形变行为

对马氏体铁素体双相钢采用临界区内不同温度淬火试验,得到不同的马氏体含量,并进行单轴拉伸试验。分析了双相钢拉伸过程中的加工硬化行为,求出各个阶段的应变硬化指数n值,并用修正的Crussard-Jaoult分析方法(即C-J模型)分析试验钢的应力-应变曲线。试验结果表明,在两相区内,随着淬火温度升高,马氏体含量增加,由狭长的岛状马氏体最终转变为板条状马氏体;修正的C-J分析表明双相钢的“转折应变”随着马氏体含量的增加呈单调减少。     

考虑几何必需位错非均匀分布的双相钢细观力学行为模拟

铁素体(F)-马氏体(M)双相钢在生产过程中由马氏体相变造成的铁素体内部的几何必需位错(GND)会保留在最终的材料组织中,而由GND非均匀分布导致的材料局部硬化效应使得铁素体晶粒内部的性能分布同样呈现非均匀特性.为了量化GND局部硬化效应对双相钢力学性能的影响,本文通过电子背散射衍射(EBSD)实验测定与数据分析确定了储存在双相钢微观组织中的GND分布特征,并进行了参数化处理.使用微观组织重构算法构建了具有F-M和F-F硬化层的双相钢代表性体积单元(RVE)模型,并对双相钢在拉伸变形下的细观力学行为进行了模拟,模拟结果显示的组织变形特征及得到的整体应力-应变曲线与实验结果基本相符.     

马氏体岛的体积分数、形状及强度对粒状组织钢力学性能的影响

考虑马氏体岛的塑性变形,采用Eshelby等效夹杂模型对粒状组织钢单向应力状态下的弹塑性变形行为进行了数值模拟.结果表明:粒状组织钢的屈服强度及马氏体处于弹性变形阶段的加工硬化率均随马氏体岛的体积分数的增加而增加,并呈一定的非线性;马氏体岛的形状对粒状组织钢均匀变形阶段的应力-应变曲线影响较小;马氏体岛的强度对粒状组织钢的屈服强度影响不大;马氏体岛的体积分数越低,马氏体岛越难发生塑性变形.     

The influence of martensite volume fraction, shape and strength on the mechanical properties of granular structure steels

考虑马氏体岛的塑性变形, 采用Eshelby等效夹杂模型对粒状组织钢单向应力状态下的弹塑性变形行为进行了数值模拟.结果表明: 粒状组织钢的屈服强度及马氏体处于弹性变形阶段的加工硬化率均随马氏体岛的体积分数的增加而增加, 并呈一定的非线性; 马氏体岛的形状对粒状组织钢均匀变形阶段的应力-应变曲线影响较小; 马氏体岛的强度对粒状组织钢的屈服强度影响不大; 马氏体岛的体积分数越低, 马氏体岛越难发生塑性变形.     

基于微观机理的电磁铸造35CrMo钢的高温流变本构方程

采用Gleeble-3810热模拟试验机,在变形温度为850~1150℃,应变速率为0.01~10 s-1条件下对电磁铸造35CrMo钢进行等温恒应变速率压缩试验,研究了应变温度、应变速率对35CrMo钢的高温流变应力行为的影响。以应力-位错关系和动态再结晶动力学为基础,分别构建了35CrMo钢临界应变前后的本构方程。结果表明:35CrMo钢的流变应力与应变速率呈正相关,与应变温度则呈负相关;高温低应变速率下的流变应力曲线呈现明显的动态再结晶现象,显微组织分析显示,降低应变温度和提高应变速率能有效细化变形组织晶粒。而Deform-3D有限元模拟表明,构建的本构方程能够准确预测电磁铸造35CrMo钢的高温流变应力。     

马氏体含量对St12Q1和St37-2G双相钢力学性能的影响

将St12Q1和St37—2G钢在两相区不同温度下加热和淬火，可以得到(F M)的双相组织，与此同时研究实验用钢在不同热处理工艺下组织和力学性能的关系。结果表明：其应力一应变曲线表现出屈服点低、连续屈服、没有明显的屈服点等特性；提高两相区的淬火温度，可使马氏体量增多；在相同淬火加热温度下，淬火组织的马氏体量随钢的含碳量增加而增多；双相钢的强度只与它所含的马氏体量有关，而与马氏体中的含碳量无关。     

铁素体基体强度对粒状组织钢屈服强度的影响

建立了粒状组织钢的微观力学模型,根据实际的应力一应变曲线分离出了铁素体基体的屈服强度及加工硬化率,并讨论了铁素体基体的强度对粒状组织钢屈服强度的影响,结果表明,在马氏体含量一定时,粒状组织钢的屈服强度随铁素体基体屈服强度的增加而线性增加,并与铁素体基体的加工硬化率成指数函数关系;通过微合金化提高铁素体基体的强度是提高粒状组织钢屈服强度的重要途径.     

双相20钢的研究

本文研究了经亚温淬火获得的铁素体-马氏体双相20钢的组织性能关系以及冷轧时的形变行为。试验结果表明:双相钢中的铁素体与马氏体同单独存在时的组织性能有明显差异,通常用以估价纤维增强复合材料强度的混合律并不适用。双相20钢的冷轧形变由开始阶段的等应力模型逐渐向等应变比模型过渡,形变强化则由两相间的不等强化状态逐渐向等强度比状态演变。文中提出了冷轧时形变行为的综合图,能够清楚地描述双相20钢中两相组织及性能相对变化的全过程。     

A STUDY ON DUAL-PHASE STEEL 20

本文研究了经亚温淬火获得的铁素体-马氏体双相20钢的组织性能关系以及冷轧时的形变行为。试验结果表明:双相钢中的铁素体与马氏体同单独存在时的组织性能有明显差异,通常用以估价纤维增强复合材料强度的混合律并不适用。双相20钢的冷轧形变由开始阶段的等应力模型逐渐向等应变比模型过渡,形变强化则由两相间的不等强化状态逐渐向等强度比状态演变。文中提出了冷轧时形变行为的综合图,能够清楚地描述双相20钢中两相组织及性能相对变化的全过程。     

双相不锈钢应力应变曲线数值模拟

设计了成分与SAF2205双相不锈钢中奥氏体相和铁素体相成分相近的单相奥氏体不锈钢和铁索体不锈钢,根据其应力．应变曲线,采用有限元方法,计算了双相不锈钢的应力．应变曲线,并与实测值进行对比,同时对奥氏体的体积分数和双相不锈钢中两相屈服强度之比（C^＊）等影响双相不锈钢力学性能的因素进行了讨论。由单相奥氏体和铁素体不锈钢的应力-应变曲线计算的双相不锈钢的应力．应变曲线和实测的双相不锈钢应力-应变曲线吻合很好,说明本文所建立的有限元模型正确。计算表明奥氏体体积分数对应力．应变曲线的弹性部分没有影响,而对塑性部分影响较大。在外应力作用下,随着奥氏体体积分数的增加,应变增加;不同奥氏体与铁素体屈服强度之比（C^＊）对应力-应变曲线弹性部分没有影响,而对塑性部分略有影响,在外加应力作用下,随着C^＊增加,应变增加。     

基体组织对800 MPa级双相钢强塑性机制的影响

采用两种热处理工艺制度,得到不同基体组织的800 MPa级双相钢,并系统地研究了基体微观组织特征及其对强塑性机制的影响。结果表明,基体组织对800 MPa级双相钢的塑性变形机制有显著影响,从而导致性能产生差异。(F+M)双相钢由多边形铁素体和约28%的第二相马氏体组成,屈强比0.540,而伸长率达到23.3%;(BF+γ)双相钢由贝氏体铁素体基体组织和约24%的第二相残留奥氏体组成,其屈强比为0.702,同时扩孔率达到56%。(BF+γ)双相钢在塑性变形过程中,厚度约为60~150 nm的γ相可有效分解裂纹尖端的应力集中,消耗裂纹扩展能量,同时诱导残留γ发生马氏体相变引起的体积膨胀还可弥合微裂纹产生的缝隙,在α相BF和残留γ两相的协调变形机制作用下,有益于提高其强度、塑性和扩孔性能。此外,(BF+γ)双相钢大角度晶界所占比例增加至63.1%,同时基体中存在较高的位错密度,均可有效弱化微裂纹扩展的驱动能,增加其继续扩展所需能量,缓解其在变形或扩孔过程中产生的应力集中。     

基于真实微观组织的双相钢力学行为多尺度模拟

以两种不同化学成分和马氏体含量的双相钢为研究对象,对其显微组织进行了有限元建模。选取一部分显微组织作为代表性单元RVE来反映宏观材料特性,考虑合金成分和铁素体晶粒尺寸的影响,采用基于位错强化理论的Bailey-Hirsch模型描述铁素体和马氏体单相的流变行为,在ABAQUS中模拟了RVE的单向拉伸过程。结果表明,多尺度模型可以较好的预测宏观力学性能,并能合理的反映双相钢变形过程微观尺度的应力应变行为。     

G18CrMo2-6钢回火组织及冲击韧性研究

以核电汽轮机缸体用G18CrMo2-6耐热钢为研究对象,分析了显微组织、第二相类型、形貌、尺寸和分布随回火温度的变化及其对冲击韧性的影响.结果表明,G18CrMo2-6钢正火经不同冷速冷却后得到不同的基体组织,经680℃回火后,冲击韧性均远高于指标要求,因此基体组织差异不是导致冲击韧性急剧恶化的决定性因素.经炉冷正火后在560~710℃区间回火,显微组织均为铁素体+回火贝氏体,随回火温度上升,室温冲击韧性增加.经560和600℃回火后,块状马氏体/奥氏体(M/A)岛、条状颗粒不均匀分布于贝氏体铁素体基体上,平均冲击韧性分别为17和29 J.710℃回火后块状M/A岛分解,条状颗粒转变为细小的颗粒状呈弥散分布,冲击韧性达到峰值93 J.除了基体组织的软化效应外,第二相的类型、形貌、尺寸和分布能够明显改变诱发裂纹萌生的临界断裂应力,是影响G18CrMo2-6钢冲击性能的一个关键因素.     

马氏体的分布对双相钢微观变形行为和力学性能的影响

通过工艺设计,对工业20钢进行了分级淬火(SQ)和临界区退火(IA)热处理,获得了马氏体体积分数相近、但马氏体分别呈离散分布和连续分布的2种双相钢.对它们的拉伸/冲击力学性能进行了表征;应用数字图像相关(DIC)方法获得双相钢的微观应变分布,并结合表面微裂纹分析,揭示了2种双相钢的不同变形断裂机制.SQ双相钢展现出较低的强度,但具有更好的塑性与冲击韧性,这源于铁素体较大变形松弛了马氏体在变形中产生的应力集中;而IA双相钢中铁素体变形受到周围马氏体的阻碍,铁素体相对小的变形不能有效松弛变形马氏体的应力,使裂纹优先在马氏体中产生,因而IA双相钢具有高强度和低塑性.     

变形温度对含Nb双相钢显微组织的影响

通过单道次压缩及连续冷却实验,研究了变形温度(810-720℃)对具有超细原始奥氏体晶粒的含Nb双相钢显微组织的影响.实验结果表明:实验钢最终组织为铁索体加马氏体的双相组织.压缩过程中,实验钢应力-应变曲线上出现峰值,且峰值应力随变形温度的降低先增大后减小;随着变形温度的降低,铁索体的含量先增大再减小,但增减幅度不大,在最低变形温度(720℃)时,铁素体品粒尺寸降低到2.8 μm,弥散分布于铁素体晶界上的马氏体含量达到22.7%;随着变形温度的增加,铁索体晶粒硬度减小,最低可降至230 GPa;EBSD取向分析显示,随着变形温度的降低,组织中小角度晶界增多.