论文摘要
A3钢是典型的塑性材料，也是工程中应用比较多的材料。人们为了节约钢材，降低成本，经常使用冷作硬化来强化金属，拉伸强化已有广泛的工程应用。但对A3钢施加一定形式扭转预变形后的力学性能研究还不多。特别是采用恒定的应变幅进行扭转疲劳实验的规范暂时还没有。本文对A3钢在扭转预变形后的力学性能进行了研究和分析，从微观角度对材料力学性能变化机理进行了详尽的阐述。本文研究了A3钢试件在扭转预变形后的拉伸力学性能和压缩力学性能。对A3钢材料在扭转过程中存在的包辛格效应进行了研究，研究表明：A3钢在扭转过程中存在和拉伸过程类似的包辛格效应，当材料的扭转预变形比较小时，可以采用随动强化模型来描述材料的本构关系，当材料的扭转预变形比较大时，应该采用混合强化模型来描述材料的本构关系，关于这方面的研究目前还没有见到相关的资料报道。分别对A3钢试件及其调质后的试件进行大应变幅值的脉动疲劳和对称疲劳性能研究，得到了A3钢及调质A3钢材料的系列疲劳扭矩—扭转角曲线。并得出了在对称疲劳和脉动疲劳两种情况下的A3钢及调质A3钢的扭转角—圈数拟和曲线图和扭矩—扭转角拟和曲线图，对工程实际起到参考作用。对疲劳破坏试件的断口制作了金相试样，并进行了分析。从微观角度对试件力学性能变化的原因给予解释。由于材料的扭转变形属于材料的冷变形，所以材料的力学性能改变主要是由于材料内部位错密度的增加以及亚晶粒的细化所引起的结果。利用ANSYS软件分别对采用理想弹塑性本构关系和实心圆轴扭转实验确定的本构关系进行了低碳钢圆轴扭转试验的数值模拟。对低碳钢圆轴扭转过程中横截面上各点的应力进行了研究，并定性说明了采用圆轴扭转实验所确定的本构关系更符合材料的实际情况。