论文题目: 铌微合金化H13钢的热疲劳行为
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 胡心彬
导师: 李麟
关键词: 微合金化,热疲劳行为,循环软化,碳化物粗化,软件
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: AISI H13钢是目前应用极为广泛的一类热作模具钢,主要应用于压铸模、热挤压模和热锻模等。热疲劳是这类钢的主要失效形式。本文研究了微量Nb对H13钢热疲劳行为的影响,初步探明了Nb微合金化H13钢的热疲劳裂纹萌生、扩展的主要方式及其热疲劳循环软化的表现形式,并提出相应的热疲劳寿命预测模型;同时对热疲劳过程中多元合金钢的碳化物粗化动力学行为也进行了初步探讨。主要结论如下:1、借助Thermo-calc热力学计算软件和TEM&EDS等手段,研究了微量铌对H13钢的显微组织结构、碳化物的类型、大小和分布的影响。研究表明,在相同的奥氏体化温度下,添加微量的Nb可以有效细化H13钢的奥氏体晶粒,甚至添加0.07wt%Nb的H13钢在1120℃奥氏体化后的晶粒大小与普通H13钢1030℃奥氏体化时的晶粒大小相当;同时碳化物细小且更加弥散。2、对铌微合金化H13钢的室温及高温力学性能研究表明,添加微量Nb对H13钢的抗拉强度和屈服强度的贡献不显著,而且对塑韧性的改善也有限。回火软化抗力和热稳定性的研究结果表明,微量铌的添加改善了H13钢的回火软化抗力和热稳定性,其中添加0.07wt%Nb的效果好于添加0.014wt%Nb的效果。3、添加微量的Nb使H13钢的热疲劳裂纹萌生细小、均匀,裂纹扩展缓慢;热疲劳后的硬度梯度下降缓慢,软化层较浅,从而显著提高了H13钢的热疲劳性能。其中含0.07wt%Nb的H13钢热疲劳性能最好。奥氏体化温度对所研究钢的热疲劳性能有明显的影响。随奥氏体化温度升高,钢的热疲劳性能先增加后降低,在1080℃奥氏体化时钢具有最好的热疲劳性能。4、对Nb微合金化H13钢和普通H13钢热疲劳后的表层硬度测试发现,在热疲劳过程中的表层硬度随循环次数的增加呈类震荡周期变化。在热疲劳循环起始阶段,表层硬度急剧下降,类震荡频率较快;在热疲劳后期,类震荡频率趋缓,表层硬度总体表现为循环软化特性。TEM&EDS分析显示,热疲劳初期表层硬度的急剧下降与M23C6碳化物的迅速粗化有关;而表层硬度的类震荡周期变化与位错密度的变化密切相关。5、对几种H13类钢的碳化物形态和弥散分布程度的比较分析发现,热疲劳
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 热作模具的主要失效形式及热作模具钢的性能要求
1.3 影响热作模具钢热疲劳性能的主要因素
1.4 热疲劳机理及研究现状
1.5 热作模具钢的强韧化
1.5.1 优化合金成分
1.5.2 微合金化技术与Nb 在热作模具钢中的应用
1.6 计算机技术与材料设计
1.6.1 Thermo-Calc 软件简介
1.6.2 DICTRA 软件简介
1.6.3 Thermo-Calc 及DICTRA 软件在钢铁材料设计中的应用
1.7 本论文研究的目的、意义和内容
第二章 铌微合金化H13 钢的组织及力学性能
2.1 引言
2.2 实验条件
2.2.1 材料成分
2.2.2 相图计算
2.2.3 球化退火
2.2.4 淬、回火工艺
2.3 显微组织分析
2.3.1 Thermo-calc 预测钢中合金碳化物种类及相对量
2.3.2 金相组织
2.3.3 TEM 组织
2.3.4 实验结果讨论
2.3.5 小结
2.4 力学性能研究
2.4.1 室温力学性能
2.4.2 高温力学性能
2.4.3 实验结果讨论
2.4.4 小结
2.5 回火稳定性及热稳定性
2.5.1 回火稳定性
2.5.2 热稳定性
2.5.3 实验结果讨论
2.5.4 小结
2.6 本章小结
第三章 铌微合金化H13 钢的热疲劳性能研究
3.1 引言
3.2 热疲劳性能测定方法
3.2.1 实验装置
3.2.2 热疲劳实验材料及试样
3.2.3 循环上限温度的测定
3.2.4 热疲劳实验参数
3.2.5 热疲劳性能评定方法
3.3 热疲劳实验结果及分析
3.3.1 不同热处理工艺下三种钢的热疲劳性能对比
3.3.2 热疲劳过程中的硬度梯度变化
3.4 结果讨论
3.4.1 微量Nb 对H13 钢热疲劳性能的影响
3.4.2 淬火温度对含铌H13 钢热疲劳性能的影响
3.5 本章小结
第四章 铌微合金化H13 钢的热疲劳机理研究
4.1 引言
4.2 热疲劳循环软化
4.2.1 Nb 微合金化H13 钢热疲劳循环软化现象
4.2.2 热疲劳过程中的TEM 组织观察
4.2.3 热疲劳过程中碳化物形态和组分变化
4.2.4 热疲劳循环软化机理分析
4.3 热疲劳裂纹的萌生和扩展
4.3.1 热疲劳裂纹的萌生
4.3.2 热疲劳裂纹的扩展
4.4 热疲劳寿命预测模型
4.4.1 模型建立
4.4.2 应用
4.4.3 分析讨论
4.5 本章小结
第五章 热疲劳过程中的碳化物粗化动力学研究
5.1 引言
5.2 等温时效与热疲劳过程中的碳化物粗化速率比较
5.2.1 等温时效实验
5.2.2 粗化速率比较
5.3 等温时效过程中的碳化物粗化模拟
5.3.1 引言
5.3.2 DICTRA 程序中碳化物粗化模型
5.3.3 基本假设及初值确定
5.3.4 模拟结果
5.4 热疲劳过程中的碳化物粗化动力学行为
5.4.1 经典粗化理论
5.4.2 多组元合金钢中碳化物粒子在应力作用下的粗化方程
5.4.3 改进方程的讨论
5.5 本章小结
第六章 结论、创新与展望
6.1 本文主要结论
6.2 论文主要创新
6.3 后期工作展望
攻读博士学位期间发表的学术论文及参与的科研情况
致谢
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发布时间: 2006-12-12
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