60Si2MnA弹簧钢的应力松弛加速试验技术研究

论文摘要

本文利用拉伸和应力松弛试验设备研究了60Si2MnA钢的拉伸和应力松弛性能。并利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察分析了60Si2MnA钢的组织和断口形貌。进而根据试验获得的参数对材料的应力松弛特性进行了预测。拉伸试验表明,随着温度的上升,60Si2MnA钢的屈服强度、抗拉强度、断裂强度均呈下降趋势;断裂总伸长率、断后伸长率和断面收缩率均呈上升趋势。拉伸断口均为杯锥状断口,是典型的韧窝断裂。金相观察发现,拉伸组织中出现了沿拉伸方向的位向分布,且温度越高越明显。TEM观察发现,在外加载荷的作用下,铁素体晶条界处产生位错增殖,碳化物相界面出也产生位错增殖,两者在碳化物附近交互作用形成位错缠结,位错缠结的出现使得合金的塑性变形抗力增大。随着温度的升高,原子热激活程度增加,位错运动更加容易进行,因此变形量增加,但位错也更加容易绕过碳化物,从而使位错缠结减少,变形抗力降低,因此材料的强度指标有所下降。针对传统应力松弛试验装置的不足,研制了一套应力松弛试验装置,然后利用该装置进行了一系列的应力松弛试验。应力松弛试验表明,不同条件下的应力松弛曲线形状基本相同,整个应力松弛过程可以分为明显的两个阶段。金相分析发现,应力松弛后碳化物出现了明显的沿载荷方向的位向分布,这比拉伸时位向的改变要明显的多。TEM分析发现,应力松弛过程中位错沿着铁素体晶条界产生,进而与碳化物增殖的位错形成位错缠结,导致塑性变形抗力增加。随着温度的升高,由于原子热激活的作用,位错运动更加容易进行,因此载荷下降速度更快,但同时会造成碳化物相界面上的位错缠结减少,从而导致塑性变形抗力降低,表现为应力松弛极限降低。初始载荷的提高也能一定程度上促进位错的运动,从而表现为位错缠结减少,同样导致塑性变形抗力降低,极限应力松弛率降低。利用阿伦尼斯模型、逆幂率模型对材料在温度为24℃、初始载荷为20kN的应力松弛曲线进行预测,并对结果进行验证,给出了加速模型的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 弹簧钢
• 1.2 60Si2MnA 弹簧钢
• 1.3 金属材料在高温下的性能
• 1.3.1 拉伸
• 1.3.2 蠕变及应力松弛
• 1.4 加速寿命试验
• 1.4.1 加速应力
• 1.4.2 加速模型
• 1.5 高温拉伸及应力松弛试验规范
• 1.6 课题背景及研究的目的和意义
• 1.7 本课题主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 热处理工艺
• 2.3 试样的制备
• 2.4 60Si2MnA 钢的拉伸试验
• 2.5 60Si2MnA 钢的应力松弛试验
• 2.6 60Si2MnA 钢的组织结构分析
• 2.6.1 金相显微分析
• 2.6.2 电子扫描显微分析
• 2.6.3 电子透射显微分析
• 第3章 60Si2MnA 钢的拉伸性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 最终热处理工艺对60Si2MnA 钢性能的影响
• 3.3 60Si2MnA 钢的高温拉伸性能
• 3.4 60Si2MnA 钢高温拉伸断口分析
• 3.5 60Si2MnA 钢高温拉伸组织特征
• 3.5.1 金相分析
• 3.5.2 TEM 分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 应力松弛试验装置的研制
• 4.1 引言
• 4.2 应力松弛装置的结构
• 4.3 应力松弛装置的工作原理
• 4.4 环境温度对应力松弛装置的影响及修正
• 4.5 本章小结
• 第5章 60Si2MnA 钢的应力松弛性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 60Si2MnA 钢的应力松弛曲线
• 5.2.1 不同温度、固定初始载荷下的应力松弛曲线
• 5.2.2 不同初始载荷、恒定温度下的应力松弛曲线
• 5.3 60Si2MnA 钢的应力松弛组织特征
• 5.3.1 金相分析
• 5.3.2 TEM 分析
• 5.4 60Si2MnA 钢应力松弛寿命预测
• 5.4.1 温度加速、固定初始载荷时的加速试验预测
• 5.4.2 初始载荷加速、固定温度时的加速试验预测
• 5.5 应力松弛加速试验预测结果的分析
• 5.5.1 预测结果的验证
• 5.5.2 预测模型的适用性
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢