奧氏體不銹鋼循環(huán)塑性的微觀機理和宏觀本構(gòu)描述.pdf

1、由于具備較強的耐腐蝕性和較好的可塑性以及一定的強度，奧氏體不銹鋼成為大型工業(yè)機械結(jié)構(gòu)材料的首選，如化工廠的換熱器、核電站的回路管道等。在這些應(yīng)用場合中，承壓冷熱流體的波動引起溫度場和力場的耦合周期性變化，對奧氏體不銹鋼的循環(huán)機械可靠性提出了較高的要求，同時也引起了工程材料研究者的高度關(guān)注。
　　本文對304L和316LN兩種奧氏體不銹鋼在室溫和高溫下的循環(huán)塑性行為進行了一系列試驗研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）304L奧氏體不銹鋼在室溫應(yīng)變

2、循環(huán)加載條件下呈現(xiàn)顯著的二次循環(huán)硬化特征；（2）316LN奧氏體不銹鋼在623-823 K溫度范圍內(nèi)恒溫應(yīng)變循環(huán)加載條件下表現(xiàn)出顯著的循環(huán)硬化，而且在423-823 K溫度循環(huán)和機械應(yīng)變循環(huán)耦合加載條件下表現(xiàn)出額外的循環(huán)硬化；（3）316LN奧氏體不銹鋼的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)在室溫下與應(yīng)變率正相關(guān)，而在高溫下對應(yīng)變率不敏感；（4）316LN奧氏體不銹鋼在室溫應(yīng)力循環(huán)加載條件下棘輪應(yīng)變累積明顯，而在高溫下棘輪效應(yīng)較快安定。奧氏體不銹鋼的這些循環(huán)塑

3、性特性主要與馬氏體相變和動態(tài)應(yīng)變時效相關(guān)。本文利用實時原位中子衍射對304L奧氏體不銹鋼在室溫下的應(yīng)變循環(huán)行為進行了研究，結(jié)果表明在二次循環(huán)硬化階段，馬氏體相比奧氏體相承受的應(yīng)力水平要高的多，但兩相的平均應(yīng)力狀態(tài)均保持穩(wěn)定，從而說明馬氏體相的含量是影響材料循環(huán)硬化的關(guān)鍵因素。本文通過分析316LN奧氏體不銹鋼的單軸拉伸、應(yīng)變循環(huán)和應(yīng)力循環(huán)行為，總結(jié)出了動態(tài)應(yīng)變時效作用結(jié)果的特征，從而表明材料在高溫下表現(xiàn)出的顯著循環(huán)硬化是由動態(tài)應(yīng)變時效所

4、致。
　　本文還基于上述的試驗結(jié)果，對316LN奧氏體不銹鋼的循環(huán)塑性行為進行了宏觀本構(gòu)描述：（1）通過改進隨動硬化律Ohno-Wang II模型中的硬化指數(shù)mi提出了一個可以描述該材料在室溫下的循環(huán)硬化和率相關(guān)特性的粘塑性模型，能夠更為準確的描述該材料室溫不同加載條件下的棘輪行為；（2）以McDowell模型為框架，提出了一個將各向同性硬化律以非連續(xù)方式作用于短程背應(yīng)力的演化的熱粘塑性模型，可以對該材料不同溫度和應(yīng)變率下的單軸拉