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或者的焊合性和耐腐蚀性等优点,被浅薄掌握于船舶、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掌握极其浅薄,举例潜艇的耐压壳体、舰船的船体结构件和特种安装等,低合金钢的掌握极大缩小了舰艇结构的质地,晋升了舰艇的结构强度、耐腐蚀性和作战性能。在实质入伍经过中,多变的海洋环境、多样复杂的计谋行为等身分会使部件产生局部塑性变形,进而镌汰舰艇的入伍寿命。
现在,国表里征询学者对塑性变形与材料力学性能之间的关系进行了无数征询。杨钢等[2]对奥氏体不锈钢在不同塑性变形管束后的力学性能进行了征询,发现用不同塑性变形要领赢得试样的晶粒尺寸及屈服强度具有赫然相反,惯例塑性变形后,试样的屈服强度跟着晶粒的细化而不绝增大,而超大塑性变形要领赢得试样的屈服强度跟着晶粒的细化而不绝收敛。李桂荣等[3]征询了微塑性变形对TC4合金的组织及力学性能的影响,发现跟着微塑性变形进程的增多,材料中的位错密度渐渐增大,变形后试样的弹性模量晋升了34.4%。LOU等[4]征询了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,材料的屈服强度渐渐增大,时效热管束后材料的屈服强度和抗拉强度赫然增大,时效热管束不错晋升动态塑性变形后AZ31镁合金的强度。BAKHSHI等[5]对7005铝合金在大塑性变形管束和时效热管束后的力学性能进行了征询,发现对7005铝合金试样进行大塑性变形管束＋当然时效管束后,试样的力学性能优于惯例的固溶＋东说念主工时效管束的试样,大塑性变形管束后试样的屈服强度不错晋升到400 MPa以上。现在,对于塑性变形管束对舰艇用低合金结构钢力学性能的影响及挫伤机制的征询较少。因此,征询塑性变形对舰艇用低合金结构钢拉伸性能的影响,树立塑性变形与材料拉伸参数之间的关系模子,对于保证低合金结构钢在舰艇中的安全应器具有浩大道理。
笔者对10CrNi3MoV型低合金结构钢进行不同塑性变形管束,并对变形后不同期效温度管束后的材料进行拉伸磨练,赢得塑性变形和时效热管束对材料拉伸性能的影响范例,随后树立塑性变形量与材料拉伸参数之间的关系模子,为该型低合金结构钢的工程掌握提供期间撑抓。
1. 磨练材料及要领
磨练所用材料为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 拉伸磨练 第1部分：室温磨练要领》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低合金钢显微组织描绘
图 2 拉伸试样尺寸结构默示
依据GB/T 228.1—2021对试样进行拉伸磨练,赢得试样的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、最鼎力总应变和弹性模量。磨练速度为0.45 mm/min,磨练开采精度为0.5级,使用精度为0.5级的引伸计对拉伸全经过的应力－应变弧线进行测试并纪录,赢得原始试样的最鼎力总应变。远隔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%的塑性变形预管束,预管束速度为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磨练,赢得不同塑性变形后试样的应力－应变弧线。塑性变形率的有计划要领如式(1)所示。
式中：εT为预变形经过中的总应变；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范例,使用马弗炉对30%和70%塑性变形后的试样远隔在400,500,600 ℃温度下进行24 h时效热管束,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描绘。
2. 磨练遗弃
2.1 不同塑性变形预管束后试样的拉伸性能
不同塑性变形预管束后试样的应力－应变弧线如图3所示,试样的拉伸磨练遗弃如表1所示。由图3和表1可知：预变形经过中,跟着塑性变形率的增大,再次拉伸时试样的应力－应变会推崇出较大的相反,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渐渐增大,当试样的塑性变形率朝上原始试样最鼎力总蔓延率的50%时,试样的屈服平台会隐匿；再次拉伸时,应力－应变弧线在弹性段时达到最大值,然后赶紧着落,直至试样发生断裂。
图 3 不同塑性变形预管束后试样的应力－应变弧线
Table 1. 不同塑性变形预管束后试样的拉伸磨练遗弃
为了探究预变形管束经过中塑性变形率对拉伸经过中各方针的影响范例,绘画了屈服强度、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关系弧线(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渐渐增大,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稀薄,因为在塑性变形经过中,材料里面产生了较大的应变硬化,导致材料在拉伸经过中的均匀塑性变形才气收敛；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晋升约30%,抗拉强度晋升约10%。
图 4 拉伸参数与塑性变形率之间的关系弧线
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渐渐收敛；当塑性变形率达到70%时,最鼎力总蔓延率约为0.5%,拉伸经过中材料的均匀塑性变形才气基本隐匿,此时试样的变形主淌若由拉伸经过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,远隔约为17%和0.5%,比原始材料试样远隔着落38%和94%。
由图4e)可知：跟着塑性变形率的增大,材料的弹性模量渐渐减小,当塑性变形率为100%时,弹性模量达到最小值,约为166 GPa,比原始材料收敛15%,即较大的塑性变形会导致材料的弹性模量着落。
在拉伸经过中,试样的直径会跟着塑性变形量的增大而不绝减小,因此测得的应力和应变小于拉伸经过中试样在某刹那时的真确应力和应变,为了探究塑性变形率对材料真应力及真应变的影响范例,需要对磨练测得的应力－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、实测应变的关系如式(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、实测应变数据远隔代入式(2)和式(3),赢得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,遗弃如图5所示。由图5可知：不同塑性变形预管束后试样的真应力－真应变弧线在弹性变形阶段的弧线斜率基本一样；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着力相对较弱。
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关系模子的树立
为了定量表征预变形经过中的变形量对屈服强度的影响范例,基于应变硬化－指数硬化模子(ESH),树立塑性变形率与屈服强度的关系模子,如式(4)所示。
式中：σp,s为塑性变形预管束后试样的屈服强度；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。
鸠集式(1)和式(4)即可赢得拉伸经过中的塑性变形率与屈服强度的关系模子,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有计划,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联系扫数为0.99,两者的吻合度较高。因此树立的塑性变形率与屈服强度关系模子不错对不同塑性变形条目下材料的屈服强度进行有计划。
图 6 表面屈服强度与实测屈服强度对比
基于ESH模子,树立塑性变形率与屈服强度、抗拉强度、均匀蔓延率之间的关系模子,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－真应变弧线进行有计划,遗弃如图7所示。由图7可知：不同塑性变形条目下,使用该模子有计划得出的表面数据与实测数据具有较好的联系性,因此该模子不错用于对塑性变形后材料的应力－应变关系进行有计划。
图 7 真应力－真应变弧线的表面与实测数据对比
2.3 时效热管束对塑性变形的影响
时效热管束后试样的实测应力－实测应变弧线及真应力－真应变弧线远隔如图8,9所示。由图8,9可知：试样在塑性变形预管束后的再次拉伸经过中,从应力－应变弧线上看,材料并未出现赫然的屈坚信象,然而经过期效热管束后,应力－应变弧线中的屈服平台较为赫然,即时效热管束不错有用打消因冷变形引起的应变硬化景色,从而晋升材料的塑性变形才气。
图 8 时效热管束后实测应力－实测应变弧线
图 9 时效热管束后真应力－真应变弧线
时效热管束后试样的拉伸磨练遗弃如表2所示。为了探究时效热管束对拉伸经过中各方针的影响范例,绘画屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和最鼎力总蔓延率与时效热管束温度之间的关系弧线,遗弃如图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,远隔为595 MPa和636 MPa,比较于未进行时效热管束的试样远隔晋升了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,远隔为495 MPa和585 MPa,比较于未进行时效热管束的试样远隔着落了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渐渐减小的趋势,时效温度为600 ℃时达到最小值,远隔为501 MPa和582 MPa,比较于未进行时效热管束的试样远隔着落了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渐渐增大,600 ℃时达到最大值,远隔由当先的19.0%和0.5%增大至25.5%和11.5%。因此时效热管束不错打消因塑性变形而产生的塑性收敛景色。
Table 2. 时效热管束后试样的拉伸磨练遗弃
图 10 拉伸参数与时效温度之间的关系弧线
2.4 试样断口描绘
不同塑性变形管束后试样断口SEM描绘如图11所示。由图11可知：不同塑性变形管束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,且试样的断口存在无数韧窝,因此试样的断裂体式均为韧性断裂；在纤维区的角落存在较多裂纹,因为在拉伸经过中,最大主应力位于试样的中心区域,该区域的微劣势处率先产生微孔；跟着应力的不绝增大,微孔在中心区域长大团聚造成微裂纹,在力的作用下裂纹沿垂直于拉应力的目的膨胀,使试样的中心区域率先断裂,造成纤维区；裂纹由纤维区向试样名义膨胀,造成放射区,裂纹到达试样名义时赶紧膨胀,直至剪堵截开,造成剪切唇；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,当塑性变形率朝上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描绘
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渐渐增大,断后伸长率和最鼎力总蔓延率渐渐减小。当塑性变形率大于50%时,材料的屈服强度与抗拉强度基本稀薄,拉伸经过中材料的均匀塑性变形才气基本隐匿,此时试样的变形主淌若由拉伸经过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晋升约30%,抗拉强度晋升约10%,断后伸长率和最鼎力总蔓延率远隔约为17%和0.5%,比原始试样远隔着落38%和94%。
(2) 基于ESH模子,树立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关系模子,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－真应变弧线进行有计划,表面数据与实测数据具有较好的联系性,该模子可用于斟酌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不绝增大,即时效热管束不错打消因冷变形引起的应变硬化,晋升材料的塑性变形才气。
(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。当塑性变形率朝上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无数韧窝,断裂体式均为韧性断裂。
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