12%Cr钢热锻裂纹的理论与试验研究

论文摘要

大型锻件大多数是机器设备中的关键部件,对质量的要求特别严格,质量主要体现在:优良的冶金质量、致密均匀的组织结构、良好的尺寸精度、合格的力学性能和尽可能少的缺陷。材料成形的过程要避免缺陷的产生,寻找避免缺陷产生的方法,提出相应解决方案。裂纹是锻造行业研究讨论的热点、难点课题,是影响锻造生产发展和锻件质量的突出问题。本文最终目的是要找到对断裂的时间与位置进行预测的定量判据,用来指导生产。本文将针对超临界转子钢12%Cr易开裂的问题,通过高温扩散实验、Deform数值模拟、热模拟拉伸与镦粗实验、工艺验证试验等多种手段,对其进行了多方面的研究,以避免裂纹、优化组织和提高综合性能为目的展开研究。研究影响锻造开裂的因素,找出影响12%Cr钢锻造裂纹产生的主要因素,总结控制缺陷扩展的条件和方法。通过高温扩散实验对超临界转子钢12%Cr进行金相观察,总结分析第二相的溶解规律及夹杂物的变化规律。建立12%Cr材料的基本参数模型,得出其高温塑性规律,温度在900℃~1100℃间时,材料的伸长率与面缩率都是单调上升,也就是说在此温度区间,材料的塑性随着温度的升高而增大;温度在1100℃~1200℃间时,材料的伸长率与面缩率均降低,也就是材料的塑性随温度的升高而下降;面缩率随温度与应变率的变化趋势与断裂应变随温度与应变率的变化趋势是一致的,也就是说,随着应变率的增大、温度的升高,断面收缩率和断裂应变都增大;但是在温度较低的范围内,面缩率和断裂应变因应变率而引起的差距较小;在温度较高的范围内,面缩率和断裂应变因应变率而引起的差距较大。以颈缩开始点可作为空洞开始形核点,断裂应变作为空洞开始聚合时的应变;得到12%Cr钢对各韧性断裂准则的损伤阈值及其对温度的变化规律;得到利用各种韧性断裂准则的各种预测裂纹的结果,并且做物理验证工艺实验,验证预测的结论的精确性,选出最适合本材料的韧性断裂准则(Brozzo准则),用以指导实际生产。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本论文研究的背景及意义
• 1.2 转子材料及转子制造技术的研究现状
• 1.3 关于损伤的研究现状
• 1.4 本文的研究思路
• 第二章 金属断裂理论概述
• 2.1 引言
• 2.2 断裂的分类
• 2.2.1 从工程应用的角度分类
• 2.2.2 从断裂的微观机制分类
• 2.2.3 根据裂纹扩展的路径分类
• 2.2.4 按断裂面的取向分类
• 2.2.5 按零件的受力状态与环境介质分类
• 2.3 影响断裂的因素
• 2.3.1 裂纹与应力状态对断裂的影响
• 2.3.2 温度对断裂的影响
• 2.4 断裂韧性
• 第三章 高温扩散对超临界转子钢12%Cr 第二相、夹杂物的影响规律
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 热处理方法
• 3.2.3 测试方法
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 夹杂的溶解规律
• 3.3.2 第二相的溶解规律
• 3.3.3 结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 超临界转子钢12%Cr 的高温性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 关于应力应变曲线的一些知识
• 4.3 各主要因素对12%Cr 钢高温塑性的影响规律
• 4.3.1 试验材料与方法
• 4.3.2 高温拉伸试验的结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 12%Cr 钢热锻损伤的数值模拟及验证
• 5.1 引言
• 5.2 物理模拟与数值模拟之间的关系
• 5.3 损伤理论及损伤临界点
• 5.4 损伤阈值
• 5.4.1 试验过程与结果
• 5.4.2 几种韧性断裂准则
• 5.4.3 各断裂准则的阈值
• 5.5 有限元模拟预报及物理验证试验
• 5.5.1 有限元模拟预报
• 5.5.2 物理验证工艺
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录