18Ni250馬氏體時效鋼塑性流動特性及其結(jié)構(gòu)關(guān)系

18Ni250具有高強(qiáng)度、高韌性和高抗應(yīng)力腐蝕能力、熱處理工藝簡單、變形小、焊接性能優(yōu)異等特點。本文對18Ni250鋼在不同溫度和應(yīng)變率下的拉伸和壓力性能進(jìn)行了測試研究。壓縮試驗采用CSS4410電子萬能試驗機(jī)和分離式Hopkinson壓桿裝置完成，溫度范圍為88K~573K，應(yīng)變率為0.001/s~2000/s；拉伸試驗在CSS4410電子萬能試驗機(jī)和直拉式Hopkinson拉桿裝置上完成，溫度范圍為223K~343K，應(yīng)變率為0.001/s~2000/s。在高溫試驗過程中，通過熱電偶直接測量和監(jiān)測樣品表面的溫度。壓縮試驗采用名義尺寸為①5×4mm的圓柱形試樣，拉伸試驗的試樣為兩端帶螺紋的啞鈴狀試樣，標(biāo)準(zhǔn)距段尺寸為①5×5mm。本文通過分析18Ni250鋼的試驗數(shù)據(jù)，探討了鋼的變形速率敏感性和溫度敏感性；本文通過材料拉伸斷裂后標(biāo)距段的變形長度與鋼材初始標(biāo)距段的長度之比來定義鋼材的工程失效應(yīng)變，并給出了鋼材在不同應(yīng)變率、不同溫度下的拉伸失效應(yīng)變值，以及失效應(yīng)變隨溫度和應(yīng)變率的變化；借助試驗數(shù)據(jù)，建立了基于塑性流動位錯運動關(guān)系的物理概念本構(gòu)模型和-C半經(jīng)驗本構(gòu)模型，給出了相應(yīng)的模型參數(shù)，比較了模型擬合結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)，并對兩種模型進(jìn)行了比較分析。實驗結(jié)果分析表明，

(1)在指定應(yīng)變的流動應(yīng)力-應(yīng)變率曲線中，在不同溫度下，隨著加載應(yīng)變率的增加，流動應(yīng)力略有增加，但變化趨勢不明顯，表現(xiàn)為應(yīng)變率不敏感；在指定應(yīng)變的流動應(yīng)力-溫度曲線中，在高應(yīng)變率下，隨著溫度的升高，鋼的流動應(yīng)力明顯降低，而在低應(yīng)變率下，隨著溫度的變化，流動應(yīng)力不明顯。與流動應(yīng)力對應(yīng)變率的敏感性相比，鋼的溫度敏感性更強(qiáng)。

(2)在0.001/s和0.1/s的應(yīng)變率下，鋼的拉伸失效應(yīng)變分別在37%~45%和37%~41%之間，隨溫度變化不明顯；2000/s應(yīng)變率時，鋼的失效應(yīng)變明顯低于低應(yīng)變率，失效應(yīng)變在25%~37%之間，隨溫度變化不明顯。在固定溫度下，隨著加載應(yīng)變率的增加，鋼的拉伸失效應(yīng)變呈下降趨勢，下降趨勢約為15%；在低應(yīng)變率下，隨著溫度的增加，失效應(yīng)變變化不超過8%，而在2000/s應(yīng)變率的動態(tài)沖擊載荷下，失效應(yīng)變隨著溫度的增加而明顯增加，應(yīng)變變化幅值超過10%。

本文針對壓縮試驗數(shù)據(jù)，得到了18Ni250鋼塑性流動物理概念本構(gòu)模型與經(jīng)典J-C模型的模型參數(shù)，通過與實驗數(shù)據(jù)的對比，發(fā)現(xiàn)兩種模型在較寬的溫度和應(yīng)變率范圍內(nèi)可以更好地預(yù)測18Ni250鋼的塑性流動特性，但物理概念模型在預(yù)測高應(yīng)變率塑性流動方面更具優(yōu)勢，而物理概念模型在低應(yīng)變率下與J-C模型的擬合效果相當(dāng)。