低合金钢具有高强度、高韧性、优良的综协力学性能、较好的冷热加工性以及雅致的焊合性和耐腐蚀性等优点,被平凡哄骗于船舶、压力容器、桥梁等承受较高载荷的结构件中[1]。低合金钢在舰艇上的哄骗极其平凡,举例潜艇的耐压壳体、舰船的船体结构件和特种安装等,低合金钢的哄骗极大减弱了舰艇结构的质料,进步了舰艇的结构强度、耐腐蚀性和作战性能。在本色捏戟进程中,多变的海洋环境、多样复杂的政辩论作等身分会使部件产生局部塑性变形,进而裁减舰艇的捏戟寿命。

现在,国表里说合学者对塑性变形与材料力学性能之间的相关进行了巨额说合。杨钢等[2]对奥氏体不锈钢在不同塑性变形贬责后的力学性能进行了说合,发现用不同塑性变形措施获取试样的晶粒尺寸及屈服强度具有贯通相反,旧例塑性变形后,试样的屈服强度跟着晶粒的细化而束缚增大,而超大塑性变形措施获取试样的屈服强度跟着晶粒的细化而束缚诽谤。李桂荣等[3]说合了微塑性变形对TC4合金的组织及力学性能的影响,发现跟着微塑性变形进度的增多,材料中的位错密度逐渐增大,变形后试样的弹性模量进步了34.4%。LOU等[4]说合了AZ31镁合金的动态塑性变形对其力学性能的影响机制,发现跟着动态塑性变形量的增多,材料的屈服强度逐渐增大,时效热贬责后材料的屈服强度和抗拉强度贯通增大,时效热贬责不错进步动态塑性变形后AZ31镁合金的强度。BAKHSHI等[5]对7005铝合金在大塑性变形贬责和时效热贬责后的力学性能进行了说合,发现对7005铝合金试样进行大塑性变形贬责＋当然时效贬责后,试样的力学性能优于旧例的固溶＋东谈主工时效贬责的试样,大塑性变形贬责后试样的屈服强度不错进步到400 MPa以上。现在,对于塑性变形贬责对舰艇用低合金结构钢力学性能的影响及挫伤机制的说合较少。因此,说合塑性变形对舰艇用低合金结构钢拉伸性能的影响,设置塑性变形与材料拉伸参数之间的相关模子,对于保证低合金结构钢在舰艇中的安全应器具有迫切意旨。

笔者对10CrNi3MoV型低合金结构钢进行不同塑性变形贬责,并对变形后不同期效温度贬责后的材料进行拉伸测验,获取塑性变形和时效热贬责对材料拉伸性能的影响限定,随后设置塑性变形量与材料拉伸参数之间的相关模子,为该型低合金结构钢的工程哄骗提供手艺相沿。

1. 测验材料及措施

测验所用材料为10CrNi3MoV低合金结构钢,其组织为回火索氏体(见图1)。依据GB/T 228.1—2021 《金属材料 拉伸测验 第1部分：室温测验措施》对拉伸试样进行加工,拉伸试样的尺寸结构如图2所示。

图 1 10CrNi3MoV低合金钢显微组织刻画

图 2 拉伸试样尺寸结构暗示

依据GB/T 228.1—2021对试样进行拉伸测验,获取试样的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最鼎力总应变和弹性模量。测验速度为0.45 mm/min,测验拓荒精度为0.5级,使用精度为0.5级的引伸计对拉伸全进程的应力－应变弧线进行测试并记载,获取原始试样的最鼎力总应变。划分对原始试样进行塑性变形率r为最鼎力总应变的10%,30%,50%,70%,100%的塑性变形预贬责,预贬责速度为0.45 mm/min。使用千分尺对预变形后试样的直径进行测量,随后对预变形后的试样进行拉伸测验,获取不同塑性变形后试样的应力－应变弧线。塑性变形率的狡计措施如式(1)所示。

式中：εT为预变形进程中的总应变；εgt为原始材料最鼎力时的总应变。

为了探究时效温度对塑性变形的影响限定,使用马弗炉对30%和70%塑性变形后的试样划分在400,500,600 ℃温度下进行24 h时效热贬责,将时效后的试样按照上述条目进行测试。使用扫描电子显微镜(SEM)不雅察不同塑性变形后试样的断口刻画。

2. 测验为止

2.1 不同塑性变形预贬责后试样的拉伸性能

不同塑性变形预贬责后试样的应力－应变弧线如图3所示,试样的拉伸测验为止如表1所示。由图3和表1可知：预变形进程中,跟着塑性变形率的增大,再次拉伸时试样的应力－应变会弘扬出较大的相反,即塑性变形对材料的力学性能有较大的影响；跟着塑性变形率的增大,材料屈服时的平台应力会逐渐增大,当试样的塑性变形率逾越原始试样最鼎力总蔓延率的50%时,试样的屈服平台会灭绝；再次拉伸时,应力－应变弧线在弹性段时达到最大值,然后赶紧下落,直至试样发生断裂。

图 3 不同塑性变形预贬责后试样的应力－应变弧线

Table 1. 不同塑性变形预贬责后试样的拉伸测验为止

为了探究预变形贬责进程中塑性变形率对拉伸进程中各意见的影响限定,绘图了屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最鼎力总蔓延率、弹性模量与塑性变形率之间的相关弧线(见图4)。由图4a),4b)可知：跟着塑性变形率的增大,材料的屈服强度和抗拉强度会逐渐增大,当塑性变形率为10%时,材料的屈服强度和抗拉强度与原始材料之间的相反较小；当塑性变形率大于10%时,材料的屈服强度和抗拉强度会跟着塑性变形率的增大而快速增大；当塑性变形率大于50%时,材料的屈服强度与抗拉强度基本额外,因为在塑性变形进程中,材料里面产生了较大的应变硬化,导致材料在拉伸进程中的均匀塑性变形才略诽谤；当塑性变形率为100%时,材料的屈服强度和抗拉强度均达到最大值,约为675 MPa,比较于原始材料试样屈服强度进步约30%,抗拉强度进步约10%。

图 4 拉伸参数与塑性变形率之间的相关弧线

由图4c),4d)可知：跟着塑性变形率的增多,材料的断后伸长率和最鼎力总蔓延率均逐渐诽谤；当塑性变形率达到70%时,最鼎力总蔓延率约为0.5%,拉伸进程中材料的均匀塑性变形才略基本灭绝,此时试样的变形主若是由拉伸进程中产生的颈缩变形引起；当塑性变形率为100%时,断后伸长率和最鼎力总蔓延率均达到最小值,划分约为17%和0.5%,比原始材料试样划分下落38%和94%。

由图4e)可知：跟着塑性变形率的增大,材料的弹性模量逐渐减小,当塑性变形率为100%时,弹性模量达到最小值,约为166 GPa,比原始材料诽谤15%,即较大的塑性变形会导致材料的弹性模量下落。

在拉伸进程中,试样的直径会跟着塑性变形量的增大而束缚减小,因此测得的应力和应变小于拉伸进程中试样在某刹那时的信得过应力和应变,为了探究塑性变形率对材料真应力及真应变的影响限定,需要对测验测得的应力－应变弧线进行修正。试样在均匀变形阶段真应力、真应变与实测应力、实测应变的相关如式(2),(3)所示。

式中：σt为真应力；εt为真应变；σ为实测应力；ε为实测应变。

将实测应力、实测应变数据划分代入式(2)和式(3),获取不同塑性变形条目下试样在均匀变形阶段的真应力－真应变弧线,为止如图5所示。由图5可知：不同塑性变形预贬责后试样的真应力－真应变弧线在弹性变形阶段的弧线斜率基本雷同；跟着塑性变形率的增大,材料的真抗拉强度略有增大；当塑性变形率为100%时,真抗拉强度为690 MPa,其增大幅度小于实测抗拉强度,即塑性变形对真抗拉强度的强化成果相对较弱。

图 5 不同塑性变形条目下试样均匀变形阶段的真应力－真应变弧线

2.2 拉伸参数与塑性变形相关模子的设置

为了定量表征预变形进程中的变形量对屈服强度的影响限定,基于应变硬化－指数硬化模子(ESH),设置塑性变形率与屈服强度的相关模子,如式(4)所示。

式中：σp,s为塑性变形预贬责后试样的屈服强度；σs为原始试样的屈服强度；k1为形变强化扫数；m为形变强化指数。

聚会式(1)和式(4)即可获取拉伸进程中的塑性变形率与屈服强度的相关模子,式中k＝0.039,m＝0.312。使用该模子对不同塑性变形条目下的屈服强度进行狡计,表面数据与实测数据的对比情况如图6所示。由图6可知：使用该模子得出的表面数据与实测数据的有相关数为0.99,两者的吻合度较高。因此设置的塑性变形率与屈服强度相关模子不错对不同塑性变形条目下材料的屈服强度进行狡计。

图 6 表面屈服强度与实测屈服强度对比

基于ESH模子,设置塑性变形率与屈服强度、抗拉强度、均匀蔓延率之间的相关模子,如式(5)和式(6)所示。

弹性阶段：

塑性阶段：

式中：σp,t为塑性变形后拉伸时的真应力；σp,tb为塑性变形后的真抗拉强度；σp,ts为塑性变形后的真屈服强度；εp,t为塑性变形后拉伸时的真应变；Ep,t为塑性变形后拉伸时的弹性模量；k2为硬化扫数；n为应变硬化指数。

使用该模子对不同塑性变形条目下试样的真应力－真应变弧线进行狡计,为止如图7所示。由图7可知：不同塑性变形条目下,使用该模子狡计得出的表面数据与实测数据具有较好的有关性,因此该模子不错用于对塑性变形后材料的应力－应变相关进行狡计。

图 7 真应力－真应变弧线的表面与实测数据对比

2.3 时效热贬责对塑性变形的影响

时效热贬责后试样的实测应力－实测应变弧线及真应力－真应变弧线划分如图8,9所示。由图8,9可知：试样在塑性变形预贬责后的再次拉伸进程中,从应力－应变弧线上看,材料并未出现贯通的屈坚信象,关联词经过期效热贬责后,应力－应变弧线中的屈服平台较为贯通,即时效热贬责不错有用摈斥因冷变形引起的应变硬化情景,从而进步材料的塑性变形才略。

图 8 时效热贬责后实测应力－实测应变弧线

图 9 时效热贬责后真应力－真应变弧线

时效热贬责后试样的拉伸测验为止如表2所示。为了探究时效热贬责对拉伸进程中各意见的影响限定,绘图屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和最鼎力总蔓延率与时效热贬责温度之间的相关弧线,为止如图10所示。由图10和表2可知：当塑性变形率为30%时,跟着时效温度的升高,试样的屈服强度和抗拉强度均呈先增大后减小的趋势,试样的断后伸长率呈先减小后增大的趋势；那时效温度为400 ℃时,屈服强度和抗拉强度达到最大值,划分为595 MPa和636 MPa,比较于未进行时效热贬责的试样划分进步了3.5%和3.3%；那时效温度为600 ℃时,屈服强度和抗拉强度达到最小值,划分为495 MPa和585 MPa,比较于未进行时效热贬责的试样划分下落了14%和5%；当塑性变形率为70%时,跟着时效温度的升高,试样的屈服强度和抗拉强度举座呈逐渐减小的趋势,时效温度为600 ℃时达到最小值,划分为501 MPa和582 MPa,比较于未进行时效热贬责的试样划分下落了23%和11%；试样的断后伸长率和最鼎力总蔓延率跟着时效温度的升高而逐渐增大,600 ℃时达到最大值,划分由率先的19.0%和0.5%增大至25.5%和11.5%。因此时效热贬责不错摈斥因塑性变形而产生的塑性诽谤情景。

Table 2. 时效热贬责后试样的拉伸测验为止

图 10 拉伸参数与时效温度之间的相关弧线

2.4 试样断口刻画

不同塑性变形贬责后试样断口SEM刻画如图11所示。由图11可知：不同塑性变形贬责后试样断口均具有纤维区、放射区和剪切唇区3个典型区域,且试样的断口存在巨额韧窝,因此试样的断裂形势均为韧性断裂；在纤维区的边际存在较多裂纹,因为在拉伸进程中,最大主应力位于试样的中心区域,该区域的微颓势处率先产生微孔；跟着应力的束缚增大,微孔在中心区域长大团员酿成微裂纹,在力的作用下裂纹沿垂直于拉应力的标的彭胀,使试样的中心区域率先断裂,酿成纤维区；裂纹由纤维区向试样名义彭胀,酿成放射区,裂纹到达试样名义时赶紧彭胀,直至剪割断开,酿成剪切唇；跟着塑性变形率的增大,纤维区产生的裂纹尺寸先增大后减小,当塑性变形率为30%时,裂纹尺寸达到最大值,当塑性变形率逾越70%时,试样的断口区域不再产生裂纹。

图 11 不同塑性变形后试样断口SEM刻画

3. 论断

(1) 跟着塑性变形率的增大,材料的屈服强度和抗拉强度逐渐增大,断后伸长率和最鼎力总蔓延率逐渐减小。当塑性变形率大于50%时,材料的屈服强度与抗拉强度基本额外,拉伸进程中材料的均匀塑性变形才略基本灭绝,此时试样的变形主若是由拉伸进程中产生的颈缩变形引起。当塑性变形率为100%时,屈服强度和抗拉强度均达到最大值,约为675 MPa,比较原始试样的屈服强度进步约30%,抗拉强度进步约10%,断后伸长率和最鼎力总蔓延率划分约为17%和0.5%,比原始试样划分下落38%和94%。

(2) 基于ESH模子,设置了塑性变形率与材料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最鼎力总蔓延率之间的相关模子,使用该模子对不同塑性变形条目下材料的屈服强度及真应力－真应变弧线进行狡计,表面数据与实测数据具有较好的有关性,该模子可用于展望不同塑性变形后材料的拉伸性能。

(3) 跟着时效温度的升高,材料的屈服强度和抗拉强度均呈先增大后减小的变化趋势,400 ℃时达到最大值,材料的最鼎力总蔓延率跟着时效温度的升高束缚增大,即时效热贬责不错摈斥因冷变形引起的应变硬化,进步材料的塑性变形才略。

(4) 跟着塑性变形率的增大,纤维区产生的裂纹尺寸先增大后减小。当塑性变形率为30%时,裂纹尺寸达到最大值。当塑性变形率逾越70%时,试样断口区域不再产生裂纹。不同塑性变形后试样的断口均存在巨额韧窝,断裂形势均为韧性断裂。

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