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双相不锈钢热变形模拟与分析

刘钊  
【摘要】:双相不锈钢具有铁素体和奥氏体两相结构,因而其性能兼有奥氏体不锈钢的优良的韧性、焊接性能以及铁素体不锈钢的较高耐应力腐蚀性能的特点,是一种真正意义上的高性能结构材料,目前正越来越多地用于化学、石化、造纸和石油等工业。但因其内部两相组织热变形特点存在较大差异,使其热加工成形性能较差,工件在轧制、锻造等热加工过程中容易产生裂纹而报废,因此理清双相不锈钢的热变形行为特性以及如何改善其热加工工艺是当前双相不锈钢研发亟需解决的问题。 本文从优化双相不锈钢的热加工工艺出发,利用Gleeble-3800热模拟机系统研究了2205双相不锈钢的热加工性能和热变形行为,得到了本构方程以及峰值抗力、稳态应力模型,并结合有限元分析计算了热变形过程中,两相间应力、应变分布特点,分析讨论了双相不锈钢热加工开裂的机理;结合组织分析,得到了不同变形参数下2205双相不锈钢的显微组织的演变规律特性,主要结果如下: (1)双相不锈钢热变形过程中弄清楚其主要合金元素Ni、Cr、Mo的再分配,钝化了奥氏体相的尖角,减小了应力集中;分析了夹杂物的形貌、分布及性质引起应力集中会对双相不锈钢热加工性能产生影响。 (2)计算得出了双相不锈钢在峰值应力p和稳态应力s下的热变形激活能Q分别为450kJ/mol和461kJ/mol,应力指数n分别为3.85和4.11,据此确定了两者的热变形方程。双相不锈钢流变曲线上存在“类屈服平台”效应,表明了ln Z与p之间关系发生偏移。计算得到双相不锈钢在峰值应力p和稳态应力s下的ln Z临界值分别为37.12和38.08, ln Z值小于临界值时,流变曲线上均存在“类屈服平台”现象。上述研究结果可以为2205双相不锈钢的热加工工艺的优化以及热加工设备的选择提供参考。 (3)建立了双相不锈钢的应力-应变曲线有限元模型。参考单相奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的应力-应变曲线,对双相不锈钢的应力-应变曲线进行了模拟分析。将试验测得的双相不锈钢应力-应变曲线和采用有限元二维模型计算的双相不锈钢应力-应变曲线进行了比较,两者吻合较好,验证了有限元分析模型的合理性。 (4)基于峰值应力和稳态应力,获得了双相不锈钢的本构方程;建立了基于复合模型的应力应变曲线的预测模型,并结合有限元结果,分析并建立了双相不锈钢中奥氏体相和铁素体相间的应力、应变再分配模型。


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