本文關(guān)鍵詞：基于紅外熱像法的4003鐵素體不銹鋼及其焊接接頭疲勞裂紋擴展行為研究

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【摘要】：4003鐵素體不銹鋼因其優(yōu)良的耐腐蝕性能、相對較好的力學(xué)性能以及十分低廉的價格而被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè),這其中就包含承受交變載荷的應(yīng)用領(lǐng)域,而其焊接結(jié)構(gòu)承受疲勞循環(huán)載荷時,焊接接頭成為限制其廣泛使用的瓶頸。疲勞裂紋擴展性能可以反映材料在疲勞循環(huán)載荷下阻礙裂紋擴展的能力;目前對于裂紋擴展的研究主要基于斷裂力學(xué)理論,使用應(yīng)力強度因子對裂紋擴展速率進(jìn)行描述。紅外熱像法由于其實時、快速等優(yōu)點被應(yīng)用于裂紋擴展的研究當(dāng)中,并可以從能量耗散的角度對材料裂紋擴展進(jìn)行本質(zhì)的分析,因而使用紅外熱像法對4003鐵素體不銹鋼及其焊接接頭進(jìn)行裂紋擴展研究具有一定的科學(xué)意義與應(yīng)用價值。利用紅外熱像儀對4003鐵素體不銹鋼及其MIG(Metal Inert-gas Welding)焊焊接接頭在疲勞裂紋擴展過程中的表面溫度變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在初始應(yīng)力強度因子范圍ΔK較小時,疲勞裂紋擴展過程中試件表面溫度演化可以分為5個階段:初始溫度下降階段Ⅰ,溫度平衡階段Ⅱ,溫度緩慢上升階段Ⅲ,溫度快速上升階段Ⅳ和失效后冷卻階段Ⅴ。對試件在疲勞過程中的產(chǎn)熱機理進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)裂紋尖端循環(huán)塑性區(qū)是裂紋擴展過程中的移動熱源;并同時建立了溫度變化與應(yīng)力強度因子變化之間的關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)試件表面溫度的變化主要受應(yīng)力強度因子范圍和裂紋擴展速率的影響。利用掃描電鏡對4003鐵素體不銹鋼及其接頭的裂紋擴展斷口形貌進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:母材、焊縫、HAZ三者的疲勞斷裂機理在初始擴展階段,分別為準(zhǔn)解理斷裂、解理斷裂、準(zhǔn)解理斷裂的脆性斷裂特征;穩(wěn)定擴展階段三者均呈現(xiàn)出以疲勞條帶為主的塑性斷裂特征。當(dāng)微觀斷裂機理為解理、準(zhǔn)解理斷裂的脆性斷裂機制時,裂紋處于初始緩慢擴展階段時,試件表面的宏觀溫度沒有明顯變化;當(dāng)微觀斷裂機理為疲勞條帶的塑性斷裂機制時,裂紋處于穩(wěn)定擴展階段時,試件表面的宏觀溫度表現(xiàn)為快速上升;而在溫度變化的轉(zhuǎn)折點,微觀斷裂機理表現(xiàn)為準(zhǔn)解理與塑性條帶的混合斷裂機制。微觀斷裂機理的變化驗證了宏觀溫度的變化,表明疲勞載荷作用下,試件表面的溫度變化是研究裂紋擴展過程的一種有效手段。
【關(guān)鍵詞】：鐵素體不銹鋼 MIG焊 疲勞裂紋擴展 紅外熱像法 應(yīng)力強度因子 斷裂機理
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG405;TG142.71
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 4003鐵素體不銹鋼及其焊接概述12-13
• 1.3 疲勞裂紋擴展行為研究綜述13-17
• 1.3.1 斷裂力學(xué)簡介13-14
• 1.3.2 裂紋擴展研究簡介14-16
• 1.3.3 裂紋擴展影響因素16-17
• 1.4 紅外熱像法概述17-19
• 1.4.1 紅外熱像儀介紹17-18
• 1.4.2 疲勞熱像法介紹18-19
• 1.4.3 紅外熱像法研究裂紋擴展現(xiàn)狀19
• 1.5 本論文研究內(nèi)容與技術(shù)路線19-21
• 第二章 試驗材料、方法及設(shè)備21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 4003鐵素體不銹鋼的焊接21-26
• 2.2.1 4003鐵素體不銹鋼MIG焊接21-23
• 2.2.2 焊接接頭組織觀測以及顯微硬度測量23-26
• 2.3 4003不銹鋼紅外拉伸試驗26-27
• 2.4 基于紅外熱像法的疲勞裂紋擴展速率試驗27-28
• 2.5 斷口分析設(shè)備28-31
• 第三章 疲勞過程中的產(chǎn)熱分析31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 疲勞過程的熱效應(yīng)分析31-33
• 3.2.1 熱彈性效應(yīng)31-32
• 3.2.2 非彈性效應(yīng)32-33
• 3.2.3 熱傳導(dǎo)效應(yīng)33
• 3.3 裂紋尖端區(qū)域的產(chǎn)熱分析33-37
• 第四章 基于紅外熱像法的疲勞裂紋擴展行為分析37-57
• 4.1 引言37
• 4.2 傳統(tǒng)疲勞裂紋擴展速率試驗結(jié)果及分析37-43
• 4.2.1 母材疲勞裂紋擴展速率分析37-39
• 4.2.2 焊縫疲勞裂紋擴展速率分析39-40
• 4.2.3 HAZ疲勞裂紋擴展速率分析40-42
• 4.2.4 傳統(tǒng)裂紋擴展速率試驗結(jié)果對比分析42-43
• 4.3 疲勞裂紋擴展過程中的溫度演化分析43-55
• 4.3.1 拉伸過程中的溫度演化分析43-44
• 4.3.2 裂紋擴展過程中母材溫度演化研究44-51
• 4.3.3 焊縫和熱影響區(qū)溫度演化分析51-54
• 4.3.4 溫度演化對比分析54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 第五章 疲勞裂紋擴展斷口分析57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 母材疲勞斷口分析57-60
• 5.3 焊縫斷口分析60-62
• 5.4 HAZ斷口分析62-64
• 5.5 本章小結(jié)64-67
• 第六章 結(jié)論67-68
• 問題與展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況77

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