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邃密的焊合性和耐腐蚀性等优点,被庸碌哄骗于船舶、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哄骗极其庸碌,举例潜艇的耐压壳体、舰船的船体结构件和特种安装等,低合金钢的哄骗极大削弱了舰艇结构的质地开云体育,栽种了舰艇的结构强度、耐腐蚀性和作战性能。在履行投军历程中,多变的海洋环境、多样复杂的政贪图作等要素会使部件产生局部塑性变形,进而裁减舰艇的投军寿命。

当今,国表里筹商学者对塑性变形与材料力学性能之间的关系进行了遍及筹商。杨钢等[2]对奥氏体不锈钢在不同塑性变形处置后的力学性能进行了筹商,发现用不同塑性变形关节赢得试样的晶粒尺寸及屈服强度具有显着互异,惯例塑性变形后,试样的屈服强度跟着晶粒的细化而束缚增大,而超大塑性变形关节赢得试样的屈服强度跟着晶粒的细化而束缚责备。李桂荣等[3]筹商了微塑性变形对TC4合金的组织及力学性能的影响,发现跟着微塑性变形进度的增多,材料中的位错密度渐渐增大,变形后试样的弹性模量栽种了34.4%。LOU等[4]筹商了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,时效热处置后材料的屈服强度和抗拉强度显着增大,时效热处置不错栽种动态塑性变形后AZ31镁合金的强度。BAKHSHI等[5]对7005铝合金在大塑性变形处置和时效热处置后的力学性能进行了筹商,发现对7005铝合金试样进行大塑性变形处置＋当然时效处置后,试样的力学性能优于惯例的固溶＋东谈主工时效处置的试样,大塑性变形处置后试样的屈服强度不错栽种到400 MPa以上。当今,对于塑性变形处置对舰艇用低合金结构钢力学性能的影响及挫伤机制的筹商较少。因此,筹商塑性变形对舰艇用低合金结构钢拉伸性能的影响,缔造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挫折道理。

笔者对10CrNi3MoV型低合金结构钢进行不同塑性变形处置,并对变形后不同期效温度处置后的材料进行拉伸西席,赢得塑性变形和时效热处置对材料拉伸性能的影响门径,随后缔造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哄骗提供本事复古。

1. 西席材料及关节

西席所用材料为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 拉伸西席 第1部分：室温西席关节》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述

图 2 拉伸试样尺寸结构暗示

依据GB/T 228.1—2021对试样进行拉伸西席,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。西席速度为0.45 mm/min,西席开荒精度为0.5级,使用精度为0.5级的引伸计对拉伸全历程的应力－应变弧线进行测试并记载,赢得原始试样的最鼎力总应变。隔离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%的塑性变形预处置,预处置速度为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西席,赢得不同塑性变形后试样的应力－应变弧线。塑性变形率的策划关节如式(1)所示。

式中：εT为预变形历程中的总应变；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门径,使用马弗炉对30%和70%塑性变形后的试样隔离在400,500,600 ℃温度下进行24 h时效热处置,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述。

2. 西席截止

2.1 不同塑性变形预处置后试样的拉伸性能

不同塑性变形预处置后试样的应力－应变弧线如图3所示,试样的拉伸西席截止如表1所示。由图3和表1可知：预变形历程中,跟着塑性变形率的增大,再次拉伸时试样的应力－应变会阐述出较大的互异,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超过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,然后赶快下落,直至试样发生断裂。

图 3 不同塑性变形预处置后试样的应力－应变弧线

Table 1. 不同塑性变形预处置后试样的拉伸西席截止

为了探究预变形处置历程中塑性变形率对拉伸历程中各磋磨的影响门径,画图了屈服强度、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互异较小；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相配,因为在塑性变形历程中,材料里面产生了较大的应变硬化,导致材料在拉伸历程中的均匀塑性变形智商责备；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栽种约30%,抗拉强度栽种约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责备；当塑性变形率达到70%时,最鼎力总蔓延率约为0.5%,拉伸历程中材料的均匀塑性变形智商基本隐匿,此时试样的变形主如若由拉伸历程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,隔离约为17%和0.5%,比原始材料试样隔离下落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,比原始材料责备15%,即较大的塑性变形会导致材料的弹性模量下落。

在拉伸历程中,试样的直径会跟着塑性变形量的增大而束缚减小,因此测得的应力和应变小于拉伸历程中试样在某刹那时的实在应力和应变,为了探究塑性变形率对材料真应力及真应变的影响门径,需要对西席测得的应力－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、实测应变数据隔离代入式(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,截止如图5所示。由图5可知：不同塑性变形预处置后试样的真应力－真应变弧线在弹性变形阶段的弧线斜率基本交流；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后果相对较弱。

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缔造

为了定量表征预变形历程中的变形量对屈服强度的影响门径,基于应变硬化－指数硬化模子(ESH),缔造塑性变形率与屈服强度的关系模子,如式(4)所示。

式中：σp,s为塑性变形预处置后试样的屈服强度；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。

王人集式(1)和式(4)即可赢得拉伸历程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策划,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相关连数为0.99,两者的吻合度较高。因此缔造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策划。

图 6 表面屈服强度与实测屈服强度对比

基于ESH模子,缔造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－真应变弧线进行策划,截止如图7所示。由图7可知：不同塑性变形条目下,使用该模子策划得出的表面数据与实测数据具有较好的相关性,因此该模子不错用于对塑性变形后材料的应力－应变关系进行策划。

图 7 真应力－真应变弧线的表面与实测数据对比

2.3 时效热处置对塑性变形的影响

时效热处置后试样的实测应力－实测应变弧线及真应力－真应变弧线隔离如图8,9所示。由图8,9可知：试样在塑性变形预处置后的再次拉伸历程中,从应力－应变弧线上看,材料并未出现显着的屈服温暖,然则经落伍效热处置后,应力－应变弧线中的屈服平台较为显着,即时效热处置不错有用摒除因冷变形引起的应变硬化温暖,从而栽种材料的塑性变形智商。

图 8 时效热处置后实测应力－实测应变弧线

图 9 时效热处置后真应力－真应变弧线

时效热处置后试样的拉伸西席截止如表2所示。为了探究时效热处置对拉伸历程中各磋磨的影响门径,画图屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和最鼎力总蔓延率与时效热处置温度之间的关系弧线,截止如图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,隔离为595 MPa和636 MPa,比较于未进行时效热处置的试样隔离栽种了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,隔离为495 MPa和585 MPa,比较于未进行时效热处置的试样隔离下落了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全体呈渐渐减小的趋势,时效温度为600 ℃时达到最小值,隔离为501 MPa和582 MPa,比较于未进行时效热处置的试样隔离下落了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,隔离由启航点的19.0%和0.5%增大至25.5%和11.5%。因此时效热处置不错摒除因塑性变形而产生的塑性责备温暖。

Table 2. 时效热处置后试样的拉伸西席截止

图 10 拉伸参数与时效温度之间的关系弧线

2.4 试样断口描述

不同塑性变形处置后试样断口SEM描述如图11所示。由图11可知：不同塑性变形处置后试样断口均具有纤维区、辐照区和剪切唇区3个典型区域,且试样的断口存在遍及韧窝,因此试样的断裂神气均为韧性断裂；在纤维区的角落存在较多裂纹,因为在拉伸历程中,最大主应力位于试样的中心区域,该区域的微裂缝处率先产生微孔；跟着应力的束缚增大,微孔在中心区域长大团员酿成微裂纹,在力的作用下裂纹沿垂直于拉应力的标的扩张,使试样的中心区域率先断裂,酿成纤维区；裂纹由纤维区向试样名义扩张,酿成辐照区,裂纹到达试样名义时赶快扩张,直至剪割断开,酿成剪切唇；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,当塑性变形率超过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描述

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相配,拉伸历程中材料的均匀塑性变形智商基本隐匿,此时试样的变形主如若由拉伸历程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栽种约30%,抗拉强度栽种约10%,断后伸长率和最鼎力总蔓延率隔离约为17%和0.5%,比原始试样隔离下落38%和94%。

(2) 基于ESH模子,缔造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－真应变弧线进行策划,表面数据与实测数据具有较好的相关性,该模子可用于瞻望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束缚增大,即时效热处置不错摒除因冷变形引起的应变硬化,栽种材料的塑性变形智商。

(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。当塑性变形率超过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遍及韧窝,断裂神气均为韧性断裂。

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