304不▲锈钢由于其综合性能较优异,成为了在航空航天、军事等工业领域中被应用得最为广泛的材料之一。在304不锈钢疲劳失效研究方面,已经从生产工艺、加工处理方面已经取得了很多成果,然而在不同轧制量的研究方面,相关的文献及报道并不多见。因此本文以不同轧制量的304不锈钢为研究对象,首先,通过静拉伸应力应变曲线分析、断面观察以及结合泰森多边形法有限元求解,探究不同轧制量的304不锈钢静↙强度的变化规律;其次,利用疲劳↑试验、透射电镜分别从宏观和细观方面分析材⌒料应力-寿命曲线以及影响疲劳强度的内在原因;此外,通过有限元计算的方法,预测了不同应力比下√的S-N曲线;最后采用断裂力学以及断口分析㊣ 相结合的方法,从试验观察和理论计算探究304不锈钢疲劳强度的差⊙异性。

本文主要通过基础力学试验、微观显微观察、有限元数值计算方法研究不同轧制量304不锈钢的疲①劳性能,并得到以下结论

1)通过轧制过的304不锈钢由于材料内部产生了大量的细小晶粒,使得材料内部位错加强,材料Ψ强度进而得到提高,泰森多边形和内聚力模型能够很△好地模拟出不同轧制量下材料的拉□伸过程以及裂纹萌生和起裂的判断;

2)由于不同晶粒之▓间的Schmid因子不同,大量〖位错胞以及变形孪晶的形成使在位错运动的方向上形成了屏障,阻碍了位错运动从而使得∩随着轧制程度地提高,疲劳更高。

3)以Goodman修正为主导,得到了初始态、30%以及70%轧制态不锈☆钢在应力比为0.10.20.3三种状态的疲劳寿命S-N曲线,观察ζ到疲劳裂纹扩展过程中尖端应力强度因子ω会经历快速扩展、稳定扩展〗的不同情形,得到的应力强度因子大小分布不同。

本ω 文对不同轧制态的304不锈ω 钢进行了静拉伸以及疲劳拉伸,通过扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜从微观组织方面研究不同轧制量对304不锈钢疲劳性能的影响,此外利用有限元法得到不同轧制态拉伸效应、含缺陷不同轧制量不锈钢寿命预测以及疲劳裂纹扩展尖端断裂参量的变化:

1)经过轧制过程的304不锈钢具有」显著的抗拉强度以及屈服强度,主要是由于」材料内部产生了大量的细小晶粒,使得晶粒取向、晶内和晶间位错差异性逐步扩大,加上位错的强化影响,材料强度得以升高;泰森多边形和内聚力模型能够很好地模拟出不同轧制量下材料的拉伸过程以及裂纹萌生和起裂的判断;

2)不同晶粒之间的Schmid因子不同,导致各个晶粒裂纹萌生的方向№会受到相应的阻碍,从而使得缺陷不易扩展,是材料经过高程度轧制状态的主要特性。

3)对于轧制程度更高的304不锈钢而言,大量位错胞的形成以及变形孪晶的存在直接阻碍位错的运动,位错通过交互作用相互缠结,因此需要外界提供更高能力或更高的载荷才能将位错启动,从而随着轧制程度地提高,疲劳极限数值更※大。

4)得到了初始态、30%以及70%轧制态不锈☆钢在应力比为0.10.20.3三种状态的疲劳寿命S-N曲线,为不锈钢疲劳寿命的确定以及预测提供了依据。

5)轧制程度地提高极大提高了材料对裂纹扩展〖的阻碍作用,说明轧制程度越高材料的疲劳强度越好;裂纹扩展过程中尖端应力强度因子会经历快速扩展、稳定扩展的不同情形,得到的应力强度因子大小分布不同;裂纹扩展过程中是否穿透材料是影响材料强度计算以及安全评估重要因素。

未来展望

由于时间安排和科学研究水平的限制,本文关于304不锈钢的疲劳性能研究还是存在很多不足,在以后的科研过程中,可以针对以下问题进行详细研究:

1)深入细观分析,详细探究不同相以及缺陷之间内在联系对材料本身的强度变化,建立关于材料内部缺陷的本构模型,用于材料的普遍应用;

2)单轴疲劳试验■的研究已经不满足目前的工程应用条件,日后的疲劳试验多转向多轴疲劳中,并利用原位技术分析疲劳裂纹扩展的过程;

3)位错、空位等因素≡严重影响材料疲劳性能,后续的研究↑中要针对位错的形核长大、增殖进行详细研究和分析。