论文部分内容阅读
新型淬火-分配-回火（Q-P-T）钢是目前具有最佳强塑积的先进高强度钢之一，国内外研究者对其进行了大量的研究，包括其析出强化机制，残留奥氏体增塑机制等，但大部分研究都集中在Q-P-T钢的力学性能以及组织结构上，尚未对其实际生产中的成形加工性能进行研究。成形极限图（FLD）是目前最为广泛应用的表征材料成形能力的工具。通常，确定FLD的方法有实验和理论计算两种，但通过实验来确定成形极限图不仅工作量大，而且得到的数据往往很分散以至于FLD的准确性受到影响，因此采用极大减少实验量的数值方法来建立FLD。数值模拟成形极限需要结合材料的本构关系以及失稳理论。鉴于材料不可避免的存在缺陷和厚度的微小不均性，在M-K的凹槽理论中，认为板材的失稳均始于某一凹槽缺陷部分，把凹槽作为突破口研究FLD。然而，纯数值模拟也存在着不足，最突出的在于无法完全模拟材料的真实特性，很多内部缺陷或者热处理参数均会影响材料的本构关系，而本构关系又直接影响着材料的极限应变预测。另外，在现有的FLD理论的凹槽模型中，研究者运用不同的凹槽角度进行模拟，但尚未确认合理的凹槽角度范围；此外，很多研究虽然考虑了初始厚度不均度对成形性的影响，但是并未明确给出多大的凹槽深度满足成形性条件，即尚未确认在FLD理论预测中它们应取的合理数值。本文对Fe-0.2C-1.5Mn-1.5Si-0.6Cr-0.05Nb进行淬火-分配-回火处理，以此为实验材料对Q-P-T钢的成形性进行探索。本文对单晶体的弹塑性理论进行了张量描述，给出了理论上描述材料本构关系的表达式，并结合Swift失稳判据，Hill失稳判据和M-K失稳判据分别给出了预测材料极限应变的方法。通过设计不同的凹槽形态，即凹槽深度比分为5%，10%，15%，25%，凹槽角度分为90°，60°，45°，确定了凹槽形态对Q-P-T钢力学性能的影响。单轴拉伸结果表明，当凹槽深度比固定时，随着凹槽角度变小，材料的强度和塑性均会变大；当凹槽角度固定时，随着凹槽深度比的增大，材料的强度和塑性均会变小；在凹槽深度比超过10%后，材料的强度会出现大幅下降。总之在本实验中的所有凹槽形态中（不包括无凹槽试样），凹槽深度比为5%，凹槽角度为45°的凹槽试样表现的强度与塑性均为最佳。随后，通过对比不同拟合模型的优劣，确定采用Ludwik模型来拟合本构关系，结合Swift-Hill失稳理论计算不同凹槽深度比的45°凹槽试样单轴拉伸下的极限应变，得出5%凹槽深度比满足成形性条件，远大于5%凹槽深度比的理论计算值将低估实际材料成形性能力；在凹槽比约为5%时，大于45°凹槽角的理论计算值也将低估实际材料成形性能力。尽管无凹槽试样的极限应变值也接近NADDRG经验数据，但其稍高于NADDRG经验数据，高估了Q-P-T钢的成形能力，即在工程应用中预估的安全系数过高，故是不可取的。因此，合适的理论计算应取凹槽深度比为5%左右，凹槽角度等于或小于45°。最后，通过对宏观断口的分析和扫描电镜（SEM）对断口形貌的观察，揭示了凹槽形态对Q-P-T钢塑形变形的限制机制。