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A508-3核电大锻件用钢的相变塑性研究与数值模拟

作　者: 刘飞
导　师: 顾剑锋
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: A508-3钢 奥氏体 贝氏体 相变塑性 Greenwood-Johnson模型 热处理数值模拟
分类号: TL341
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着传统能源的日益枯竭,核能的开发与利用意义重大,而其安全性就显得尤为重要,A508-3钢作为核电压力容器制造用钢,对其进行充分研究有重要意义。力学性能对于材料的使用非常关键,本文通过试验测定了A508-3钢奥氏体和贝氏体组织的真应力应变曲线,得到了奥氏体和贝氏体的弹性模量、屈服强度和塑性模量。A508-3钢的相变塑性参数K是热处理模拟需要的重要参数。本文使用Gleeble3500热模拟试验机测定了奥氏体和贝氏体组织的相变膨胀曲线,通过对贝氏体和奥氏体相变膨胀曲线的分离,获得了基于Greenwood-Johnson模型的贝氏体和奥氏体的相变塑性参数K,其与应力的关系式为K=4.17×10-5+2.53×10-6σ和K=2.26×104。发生奥氏体相变时,当奥氏体化加热速度较慢时,应力对奥氏体相变温度Ac1、Ac3的影响不明显,但是随着加热速度的增大,应力增加将明显降低Ac1点,推高Ac3点,扩大奥氏体相变区,并且速度越大,应力影响越显著。在贝氏体相变过程中若施加应力,应力在相变初期会促进相变,相变后期则抑制相变进行。热处理过程的准确模拟对预测组织和变形具有重要意义。本文对非对称圆柱体(050 mm×200 mm)试样进行了模拟计算,结果显示：(1)空冷条件下,工件冷却较慢,得到的组织基本为贝氏体组织；油冷和水冷条件下,冷却速度快,工件内外温差大,油冷时工件外表层为马氏体,向内为马氏体和贝氏体的混合组织,水冷时,外表层马氏体层厚度明显增加,并且心部多数也为马氏体。(2)在空冷条件下,未考虑相变塑性时模拟得到的工件变形情况与考虑相变塑性时的工件变形存在明显差异,考虑相变塑性因素可以提高模拟结果的准确性。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 引言  10-11
  1.2 核电压力容器与A508-3钢  11-14
    1.2.1 核反应堆压力容器  11-12
    1.2.2 核反应堆压力容器用A508-3钢的演化  12-14
  1.3 相变塑性机制与主要模型  14-17
    1.3.1 相变塑性机制  14-15
    1.3.2 相变塑性主要模型  15-17
  1.4 热处理数值模拟  17-25
    1.4.1 热处理过程温度、组织和应力的关系  17-18
    1.4.2 热处理数值模拟  18-20
    1.4.3 热处理数值模拟的模型  20-25
  1.5 本文主要研究内容  25-26
第二章 A508-3钢微观组织力学性能测定  26-36
  2.1 引言  26
  2.2 试验设备及测试原理  26-28
  2.3 试验材料  28
  2.4 试验方法与过程  28-30
    2.4.1 奥氏体组织高温拉伸试验  28-29
    2.4.2 贝氏体不同温度拉伸试验  29-30
  2.5 试验数据与处理  30-34
    2.5.1 奥氏体和贝氏体的真应力应变曲线  30
    2.5.2 弹性模量、屈服强度和塑性模量的计算  30-34
  2.6 本章小结  34-36
第三章 A508-3钢贝氏体与奥氏体相变塑性的研究  36-53
  3.1 引言  36
  3.2 贝氏体相变塑性  36-46
    3.2.1 试验方案与步骤  36-38
    3.2.2 贝氏体相变膨胀曲线  38-39
    3.2.3 试验数据分析  39-46
  3.3 奥氏体相变塑性  46-52
    3.3.1 试验方案  46
    3.3.2 奥氏体相变膨胀曲线  46-48
    3.3.3 试验数据分析  48-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章 A508-3钢淬火过程的有限元模拟  53-69
  4.1 引言  53
  4.2 模拟参数的选择  53-58
    4.2.1 热物性参数的确定  53-55
    4.2.2 力学性能参数的确定  55
    4.2.3 相变动力学参数的确定  55-57
    4.2.4 换热系数的选择  57-58
  4.3 几何模型与网格划分  58-60
  4.4 模拟工艺及其初始条件和边界条件  60
  4.5 有限元模拟结果与分析  60-68
    4.5.1 不同冷却方式下的模拟结果  60-65
    4.5.2 相变塑性对工件变形的影响  65-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章 结论与展望  69-71
  5.1 结论  69
  5.2 展望  69-71
参考文献  71-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  74

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中图分类: > 工业技术 > 原子能技术 > 核反应堆工程 > 反应堆材料及其性能 > 结构材料
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