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高温大变形条件下21-4N气门钢物理力学性能的研究

作　者: 郑淼焱
导　师: 章争荣
学　校: 广东工业大学
专　业: 材料加工
关键词: 奥氏体气门钢多物理场耦合变形高温压缩变形物理力学性能形变组织
分类号: TG111
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

实际生产应用中广泛存在多物理场耦合变形过程。在耦合变形时,金属电阻率变化将显著影响工件温度分布,同时温度也将使电阻率产生变化,温度还影响其他材料性能,对性能参数的测试造成极大的困难。目前高温大变形过程中材料参数的系统深入的研究还少见报道。本文基于国家自然基金项目《电热镦粗成形电热力多物理场耦合大变形机理研究》,通过对21-4N奥氏体气门钢高温大变形条件下的物理力学性能和组织的研究,明确了该钢在高温大变形条件下的导电导热和力学性能参数,对进一步建立金属材料在多物理场耦合下的材料模型有重要意义。主要内容如下：1.采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行高温等温压缩试验,运用金相显微镜和扫描电镜对变形组织进行分析；采用X射线衍射技术对试样变形区进行物相分析。高温压缩试验结果表明：试验钢高温稳态应力和峰值应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大。真实应变ε为0.7时,变形温度T在1000℃、1100℃,应变速率ε在0.005 s-1、0.01 s-1的试样均己发生动态再结晶。2.利用21-4N气门钢高温塑性变形时稳态应力σ、应变速率ε和变形温度T之间的相关性,求出了四个材料常数的值,其分别是：结构因子A=1.008×1018,应力水平参数α＝0.0053,应力指数n=6.1945和变形激活能Q=464.237 kJ/mol；并由回归法确定高温变形方程如下：ε=1.008×1018[sinh(0.0053σ)]6.1945exp(-464237、RT)3.采用标准四探针法,在ZEM-3型电性能测试装置中,测试了不同变形程度(真实应变ε为0.05-0.55)和不同温度(575-953℃)下的电阻率,结果表明,相同变形程度时,电阻率随温度的升高而略有上升但幅度不大；相同温度时,变形程度较小时,电阻率变化不大,随着变形程度的增加电阻率先升高后降低,出现一个峰值。这与形变诱导第二相析出,并使析出相聚集,晶内贫化,晶粒拉长有关。4.采用差热扫描量热法(DSC),在STA-449C同步热分析仪中,测试了不同变形程度(真实应变ε为0.2-0.6)和不同温度(40-1000℃)下的比热容,结果表明,不同变形程度下,试验钢随温度的升高趋势相同(即除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个热效应区析出第二相外,符合德拜模型)；当温度相同时,变形程度越大,试验钢比热容越小,且减小的趋势越明显。这是因为,变形程度越大,位错密度越多,存储能量越多,在之后的升温过程中释放出来,导致比热容降低。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
CONTENTS  11-14
第一章绪论  14-28
  1.1 引言  14-15
  1.2 气门材料的应用和研究现状  15-18
    1.2.1 国内外气门材料的应用情况  15-16
    1.2.2 气门材料的研究现状  16-18
  1.3 多物理场耦合材料参数的研究内容和试验方法  18-25
    1.3.1 高温力学性能参数的研究  18-21
    1.3.2 高温物理性能参数的研究  21-25
  1.4 本论文研究目标、研究方法、研究内容  25-28
    1.4.1 研究目标  25
    1.4.2 研究方法和研究内容  25-28
第二章试验材料及试验方法  28-38
  2.1 试验材料  28
  2.2 高温变形下的力学性能测试方法  28-32
    2.2.1 试样制备及试验过程  29-31
    2.2.2 高温流动应力的数学描述  31-32
  2.3 微观组织观察与分析方法  32-33
    2.3.1 光学显微镜观察(OM)  32-33
    2.3.2 X射线衍射物相定性分析(XRD)  33
    2.3.3 扫描电镜显微组织观察(SEM)  33
  2.4 高温变形下的物理性能测试方法  33-36
    2.4.1 导电导热性能测试试样的制备  33-35
    2.4.2 电导率测试  35-36
    2.4.3 比热容测试  36
  2.5 本章小结  36-38
第三章 21-4N气门钢高温压缩实验结果与分析  38-52
  3.1 引言  38
  3.2 变形条件对21-4N钢真实应力-应变曲线的影响  38-42
    3.2.1 高温压缩变形真实应力-应变曲线结果与分析  38-40
    3.2.2 变形温度、应变速率对真实应力-应变曲线的影响  40-42
  3.3 高温变形本构方程的建立  42-45
  3.4 变形条件对21-4N钢微观组织的影响  45-51
    3.4.1 21-4N钢的原始组织及分析  45-46
    3.4.2 高温压缩实验试样X射线衍射分析结果与分析  46-47
    3.4.3 高温压缩实验试样显微组织观察与分析  47-51
  3.5 本章小结  51-52
第四章 21-4N钢导电导热性能的研究  52-64
  4.1 引言  52
  4.2 导电率测试  52-56
    4.2.1 测量仪器  52-53
    4.2.2 测量原理  53-54
    4.2.3 测量结果及分析  54-56
  4.3 比热容测试  56-62
    4.3.1 测量仪器  56-57
    4.3.2 测量原理  57-59
    4.3.3 测量过程  59
    4.3.4 测量结果及分析  59-62
  4.4 本章小结  62-64
结论  64-66
参考文献  66-74
攻读学位期间发表论文  74-78
致谢  78

高温大变形条件下21-4N气门钢物理力学性能的研究

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