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AL6XN超级奥氏体不锈钢循环形变及损伤行为研究

作　者: 马超群
导　师: 李小武；张哲峰
学　校: 东北大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: AL6XN奥氏体不锈钢循环形变单向变形应力幅塑性应变幅晶界孪晶界断裂位错结构
分类号: TG142.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

AL6XN超级奥氏体不锈钢作为一种应用背景广阔、性能优异的新型不锈钢材料,使用过程中必然要承受各种单向、循环等类型的载荷,有关它的力学性能以及疲劳行为的研究具有重要的实际意义。但是目前此方面的系统研究仍未开展。本论文选取AL6XN合金作为研究对象,考察了其在不同应变速率下的单向变形与损伤行为,并着重研究了此材料在恒应力幅控制和恒塑性应变幅控制下的循环形变及损伤行为。AL6XN不锈钢的单向变形行为的应变速率敏感性较低。单向变形均以位错滑移为主要变形特征。不同应变速率下的拉伸断口均由纤维区和剪切唇组成,纤维区由具有大小两相尺寸的韧窝组成。压缩屈服强度与拉伸屈服强度基本相近。AL6XN不锈钢的应力幅-疲劳寿命曲线满足Basquin关系,而塑性应变幅-疲劳寿命曲线满足Coffin-Manson关系。AL6XN不锈钢在较低塑性应变幅下材料表现出了持续的循环软化行为；当塑性应变幅达到5×10-3以上时,材料表现出了先循环硬化而后循环软化的特点,但均未发现明显的应力饱和现象。对于应力幅控制下的疲劳变形,当外加应力幅小于其拉伸屈服强度时,表面变形特征主要表现为在晶粒内或孪晶内的滑移以及连续穿越晶粒和孪晶的“之”字形滑移等；当外加应力幅稍大于其拉伸屈服强度时,还观察到形态各异的二次裂纹,有穿晶裂纹、沿晶裂纹、穿晶／沿晶混合裂纹等。对于塑性应变幅控制下的低周疲劳变形,二次裂纹的特征随应变幅的增加而呈现出一定的规律：在较低应变幅下表面裂纹以穿晶裂纹为主,裂纹沿滑移带方向扩展；中等应变幅下裂纹的扩展路径较为复杂,主要为沿晶-穿晶混合型裂纹。较高应变幅下的二次裂纹以沿晶为主要扩展特征。另外,当塑性应变幅高于3×10-3时,沿孪晶界萌生裂纹现象也变得明显。恒应力幅控制下的AL6XN不锈钢的疲劳断口形貌特征与外加应力幅有一定的关系。随应力幅从低于屈服强变化到高于屈服强度,疲劳源区的微观特征从脆性的解理台阶和脆性疲劳条纹逐渐转变为规则的塑性疲劳条带和二次裂纹的形成；裂纹扩展区均表现为塑性疲劳条纹的形成,而最终瞬时断裂区的特征均表现为韧窝的形成。恒应变幅控制下的AL6XN不锈钢的疲劳断口形貌呈现出类似的特征。利用SEM-ECC和TEM技术对低周疲劳样品表面位错组态进行观察发现,随着应变幅的增加,位错组态特征逐步由平面滑移型位错结构(如平面滑移带)向波状滑移型位错结构(如脉络、位错胞、PSB楼梯等)发生演变。一些变形集中区还有二次孪晶出现。另外,利用SEM-ECC技术对裂纹尖端位错组态进行了观察,发现在裂纹尖端及附近区域晶粒内形成了近似沿裂纹扩展方向发展的拉长的位错胞结构。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-23
  1.1 研究背景  11-14
    1.1.1 钢铁工业现状  11-12
    1.1.2 不锈钢概述  12-14
  1.2 研究概况  14-22
    1.2.1 材料的疲劳  14-15
    1.2.2 循环应力-应变响应  15-17
    1.2.3 微观组织结构观察  17-20
    1.2.4 有关AL6XN超级奥氏体不锈钢研究  20-22
  1.3 本论文的研究目的和内容  22-23
第2章实验方法  23-27
  2.1 实验材料  23
  2.2 实验方法  23-26
    2.2.1 试样制备  23-25
    2.2.2 室温拉伸、压缩和疲劳和裂纹扩展实验  25-26
    2.2.3 表面和断口的观察  26
  2.3 疲劳微观结构的观察  26-27
第3章单向变形及损伤行为研究  27-35
  3.1 真应力-真应变曲线  27-28
  3.2 单向变形实验样品表面变形特征  28-32
  3.3 拉伸样品断口形貌  32-35
第4章循环形变及损伤行为研究  35-61
  4.1 疲劳寿命曲线  35-37
  4.2 循环应力响应行为  37-40
  4.3 表面变形及损伤特征  40-49
  4.4 断口表面形貌特征  49-54
  4.5 微观位错组态的观察  54-59
  4.6 裂纹附近微观位错组态观察  59-61
第5章结论与总结  61-63
参考文献  63-73
致谢  73-75
攻读硕士学位期间发表的论文  75

AL6XN超级奥氏体不锈钢循环形变及损伤行为研究

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