应力与相变相互作用对马氏体淬火残余应力的影响.pdf

维普资讯 第 3卷 第 2期 塑性工程学报 Vn1．3 NO．2 1996年 6月 jouRNAL OFPLASTICITY ENGINEERING Jun． 1996 应力与相变相互作用对马氏体淬火残余应力的影Ⅱ向％ 6 c……ooe鬻 ／。春轰 t l (上海重机厂 200240) 吴景之 摘 要 奉文进行 了有关钢在马氏体淬火过程中应力与相变相互作用的实验研究．在此基础上提 出了一种预测钢的马氏体淬火残余应力的较完整的数学模型 ．根据实测的材料参数用有限元方法 对26Cr2Ni4MoV钢圜筒形试件的淬火过程进行了计算分析 ，着重考察了相变塑性和应力诱导相 变对残余应力形成的影响．结果表明，由本模型给出的残余应力预测值与实测值吻合较好 。而不 考虑相变塑性的模型实际上是不适用的．忽略应力诱导相变则倾 向于在较大程度上低估淬火后的 关键词 薹堡芝生苎!!堕 相变塑性 诱导相变数值模拟科 毛‘一 1 前言 钢在淬火过程 中存在极为复杂的温度、相变 、应力 ／应变相互作用 ，在此方面已有许多报 道 “]。如图1所示 ，在淬火过程中，温度造成热应力并 一F===聃兰一==== 舭一 影响材料的力学参数 (弹性模量、泊松 比、屈服强度和 应变硬化率等)，从而影响材料的力学行为。应力 ／应变 则以变形热的形式反过来影响温度的变 化。随着温度 的降低，在达到相变条件后将发生相变。温度是决定相 变的因素之一，但其本身又受着相变潜热的影响。内应 』一_艘 力的存在，可通过一种通常称为应力诱导相变的机制 而影响相变的进程。在相变过程中，各组成相的比容差 图I 温度h相变～应力／应变的相互作用 异将造成相变应力，同时由于材料的绝大多数参数除 FigI Interactmsbetwee emperatum 了依赖于温度实际上也依赖于相态，因此 ，相变也会对 曲 ” 。 材料的力学行为产生影响。此外，在有内应力存在时，相变过程 中还会伴随一种 “反常”的 塑性行为，即材料在应力低于屈服强度的情况下就可以发生不可逆变形的现象，称为相变塑 性 。 完整的数值计算模型包括上述相互作用的各个方面 ，但 由于淬火过种中变形热的影响很 小 。所 以几乎所有研究者都忽略了该因素的影响 。在其余的相互作用中．就 目前所研究到的 现象或机制来看．除了相变塑性和应力诱导相变外 。在数值模拟方面均已比较成熟。数值模 拟技术要求在可靠的试验数据基础上建立准确的数学模型 ，即要求较准确的定量化。从这个 维普资讯 60 塑性工程学报 第 3卷 角度看 ，目前对于相变塑性和应力诱导相变的研究 ，不论是在数据积累、数学模型的建立，还 是在测试方法乃至机理方面，都是不成熟的。本文基于这些考虑 ，着重进行了有关应力与相 变相互作用的实验研究，并在此基础上提出了一种预测钢的马氏体淬火残余应力的较完整的 数学模型。根据该模型 ，用有限元方法对 26Cr2Ni4MoV钢圆筒形试件的马氏体淬火过程进行 了计算 。重点考察了相变塑性和应力诱导相变对残余应力形成的影响，并验证了数学模型的 适用性和准确性 。 2 应力与相变相互作用的实验研究 我们对 26Cr2Ni4MoV转子钢在淬火过程 中的应力与相变相互作用进行了实验研究，主 要 目的是实测应力对相变动力学的影响和相变塑性规律 ，同时也可以获取数值模拟过程中所 需的其它一些参数 ，如温度膨胀系数、组织转变膨胀系数等 。 ． 实验采用连续玲却方式 ，在Gleeble一1500热一力学模拟试验机上进行 。试样为~lOX130标 准试样 ，在其中部焊有CrNi-CrSi热电偶 以测量