本文選題：雙相不銹鋼 + σ相��； 參考：《安徽工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：Z3CN20.09M不銹鋼和SAF2205雙相不銹鋼分別廣泛應(yīng)用于壓水堆核電主管道和海水循環(huán)泵葉輪,兩種不銹鋼組織均為奧氏體相和鐵素體相雙相組織。鐵素體相發(fā)揮著提高不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕、耐腐蝕疲勞和強(qiáng)度等重要作用,然而鐵素體的存在也造成Z3CN20.09M和SAF2205不銹鋼在熱處理焊接過程析出金屬間化合物,使材料塑韌性大大降低,其中σ相的影響最嚴(yán)重。傳統(tǒng)觀點(diǎn)將硬而脆的σ相阻礙位錯的移動、位錯在界面處塞積而產(chǎn)生應(yīng)力集中視為不銹鋼韌性顯著下降、強(qiáng)度提高的原因,但相關(guān)工作缺少有力證據(jù)。本文利用ABAQUS有限元模擬計(jì)算和原位拉伸、斷口分析等手段研究了σ相的影響機(jī)制。通過擴(kuò)展有限元法(XFEM)研究了雙相不銹鋼中組織相各物理參數(shù)和不同初始裂紋位置對裂紋擴(kuò)展路徑的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)利用ABAQUS有限元軟件模擬計(jì)算了Z3CN20.09M不銹鋼和SAF2205雙相不銹鋼有無σ相時材料模型內(nèi)的應(yīng)力場分布。結(jié)果表明,無σ相時,兩種雙相不銹鋼中應(yīng)力最大值均出現(xiàn)在鐵素體相中,而有σ相時,應(yīng)力最大值出現(xiàn)在σ相中,且最大應(yīng)力值均大幅升高。(2)模擬計(jì)算了Z3CN20.09M不銹鋼和SAF2205雙相不銹鋼中σ相形態(tài)、數(shù)量和間距對周圍應(yīng)力場大小的影響。結(jié)果表明,越細(xì)長和數(shù)量越多的σ相產(chǎn)生的最大應(yīng)力值越大;而σ相產(chǎn)生的應(yīng)力最大值隨其之間間距的增長呈先減小后增大的趨勢。(3)通過擴(kuò)展有限元法(XFEM)對單一材料進(jìn)行裂紋擴(kuò)展模擬,結(jié)果表明,裂紋尖端周圍應(yīng)力場均勻分布,其值隨裂紋擴(kuò)展的進(jìn)行呈指數(shù)型增大,裂紋擴(kuò)展速度逐漸變快。進(jìn)一步模擬研究了材料最大主應(yīng)力、臨界能量釋放率和彈性模量以及初始裂紋長度對裂紋擴(kuò)展的影響規(guī)律。結(jié)果表明:材料最大主應(yīng)力值越大,材料抗斷能力越強(qiáng);材料臨界能量釋放率越大,材料失穩(wěn)后承載能力越弱;材料彈性模量越大,越易造成結(jié)構(gòu)損傷,且損傷速度越快;裂紋起始應(yīng)力值與初始裂紋長度呈線性關(guān)系,且擬合公式為σ=18.98+6.94L(MPa)但初始裂紋長度對整個裂紋擴(kuò)展過程影響不大。(4)通過XFEM法模擬計(jì)算了初始裂紋在雙相不銹鋼中不同位置對裂紋擴(kuò)展路徑的影響。結(jié)果表明,初始裂紋位于組織相界面中時,裂紋尖端應(yīng)力分布不均勻,裂紋會選擇在較軟相中進(jìn)行擴(kuò)展;初始裂紋位于組織相亞相界面中時,裂紋尖端應(yīng)力分布不均勻,裂紋會在預(yù)先設(shè)置中的組織相中進(jìn)行擴(kuò)展;初始裂紋不管位于哪種位置,裂紋尖端應(yīng)力值均會增加至所在擴(kuò)展相材料的最大主應(yīng)力左右,且其他組織相中的應(yīng)力值也會逐漸增加至此。(5)通過XFEM法模擬研究了初始裂紋依次經(jīng)過雙相不銹鋼中各組織相而產(chǎn)生的擴(kuò)展情況。結(jié)果表明,初始裂紋穿過雙相不銹鋼各組織相時,σ相表現(xiàn)出的承載能力最強(qiáng),裂紋尖端所需應(yīng)力值最大,鐵素體相其次,奧氏體相最弱;從粘性裂紋轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)裂紋時,σ相所消耗的能量最少,最易轉(zhuǎn)變,鐵素體相其次,奧氏體相最難轉(zhuǎn)變。(6)研究了σ相對雙相不銹鋼抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性的影響,并利用原位拉伸、斷口形貌等分析了其機(jī)理。結(jié)果表明:σ相使雙相不銹鋼抗拉強(qiáng)度有所提升而顯著降低其沖擊功。因?yàn)樵阼F素體相中時效析出的σ相使此時(σ+γ2)結(jié)構(gòu)擁有更大的硬度,而與奧氏體相的變形協(xié)調(diào)性更差,更加明顯阻礙滑移帶的進(jìn)一步擴(kuò)展,使時效后的雙相不銹鋼抗拉強(qiáng)度得到提升;而在高應(yīng)變速率的沖擊過程中,σ相與及其周圍的鐵素體相相邊界處會產(chǎn)生應(yīng)力集中,由于較硬的(σ+γ2)結(jié)構(gòu)難以在此短時間內(nèi)完成塑性變形,釋放出此位置的高應(yīng)力,而只能通過斷裂來釋放這部分能量。
[Abstract]:In this paper , the effects of different physical parameters of Z3CN20 . 09M stainless steel and SAF2205 duplex stainless steel on crack propagation path are studied by using finite element method ( XFEM ) . ( 4 ) The influence of initial crack on crack propagation path in duplex stainless steel is simulated by XFEM method . The results show that the stress distribution of the crack tip is not uniform when the initial crack is located in the interface of tissue phase .

【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1792950