热变形中奥氏体不锈钢裂纹的敏感性评价

【摘要】奥氏体不锈钢在热变形加工过程中塑性较低,容易出现裂纹缺陷。本文针对304奥氏体不锈钢铸坯和焊缝的铸态组织,提出了利用变截面试样研究裂纹敏感性的方法,试样的尺寸通过有限元模型得以确定；在Thermometer-W热／力模拟试验机上进行高温拉伸试验,研究了铸坯和焊缝试样断裂后产生的裂纹,对其裂纹敏感性进行评价；从力学解析的角度分析了裂纹产生的机制,并根据裂纹的形核位置探讨了两者出现区别的原因。利用ABAQUS软件建立高温拉伸试验的有限元模型,根据应变量的梯度分布,确定的变截面试样的尺寸为,变形区长15mm,宽11mm,厚度从10mm变化到4mm,最小厚度位于变形区长度的1/3处,可通过一个试样确定给定温度下产生裂纹的临界应变量。铸坯和焊缝试样分别取自连铸坯和经TIG堆焊的热轧板的焊缝区。高温拉伸试验在950-1200试验℃的温度区间进行,间隔为50℃。对于铸坯和焊缝试样,当变形量达到一定程度时,在各变形温度下,试样表面均会产生裂纹,且两者产生裂纹的最敏感的温度区间相同,焊缝的临界应变量稍高于铸坯。从力学解析的角度分析发现,铸坯与焊缝所产生的裂纹,都与热变形加工过程中的流变应力有关。当流变应力超过临界应力时,将出现裂纹。因而,二者在热变形加工过程中的裂纹属于同一个类型。对断裂后试样的金相组织进行观察可见,铸坯和焊缝的裂纹形核位置不同。对于铸坯试样,在950℃时,裂纹的形核位置在铁素体枝晶的枝干处；1050℃时,裂纹形核位置为奥氏体和铁素体枝晶共存,经过统计,两种形核方式各占约50%；在1200℃时,裂纹的形核位置主要在奥氏体处。对于焊缝试样,在950℃时,裂纹的形核位置在奥氏体晶界处；1000℃时,裂纹的形核位置为奥氏体晶界和铁素体处共存；1150℃时,裂纹的形核位置主要在铁素体处。铸坯和焊缝的裂纹敏感性及裂纹形核位置的区别,是由于冷却不同造成的。高冷却速度下使得焊缝的微观组织为铁素体以树枝状分布在奥氏体晶粒内部,而低冷却速度使得铸坯的微观组织为铁素体分布在奥氏体晶界及晶粒内部。
【作者】邵光帅；
【导师】朱亮；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】奥氏体不锈钢；试验温度；应变量；流变应力；铸态组织；热塑性；

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