低合金超高强度钢动态力学性能试验研究和数值模拟

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1、分类号UDC密级编号硕士学位论文低合金超高强度钢动态力学性能试验研究和数值模拟Experimentalresearchandnumericalsimulationondynamicpropertiesofultra-highstrengthlowalloysteels学位申请人：王涛亮指导教师：任凤章教授、路妍讲师一级学科：材料科学与工程二级学科：材料学学位类别：工学硕士2015年06月独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河南科技大学

2、或其它教育机构的其他学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：河南科技大学硕士学位论文摘要低合金超高强度钢因其具有强度高、韧性好、热加工性能好等优点广泛用于制造飞机大梁、起落架构件等常常承受强动载荷作用的部件。研究低合金超高强度钢在动态载荷下的力学响应对于该材料的应用具有指导意义。本文首先研究了300M钢和300M-Nb钢不同淬火温度下的微观组织和常规力学性能，分析了Nb对300M钢的微观组织和性能的影响。结果表明，在870-1020℃淬火温度范围内，Nb的添加能够细化微观组织，提高屈服强度、抗拉强

3、度以及硬度；在900℃以上温度淬火处理时，加Nb后，材料的塑性和冲击韧性有所提高。重点研究了300M钢和300M-Nb钢的动态力学性能。利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)测试装置研究了同一冲击载荷作用下不同淬火温度以及同一淬火温度不同应变速率下两种钢的动态压缩性能。研究表明，在同一冲击载荷作用下，300M钢较低温度下(<930)℃淬火与较高温度下(≥930)℃淬火相比具有较高抵抗变形的能力(流变应力大和相对压缩率小)，300M-Nb钢在整个淬火温度范围内，都具有高的抵抗变形的能力。在测试应变速率1000-4000s-1范围内，同一淬火温度下两种试验钢的动态屈服强度都随着

4、应变速率的增加而增大，300M钢的应变速率敏感性较大，而300M-Nb钢的应变速率敏感性较小。基于静态和动态力学试验结果，结合Johnson-Cook模型，拟合出了870×1h℃油淬(OQ)+260×2h℃空冷(AC)热处理制度下的300M和300M-Nb钢的本构方程：0.152300M钢：16103372.810.025lnp0.121300M-Nb钢：1672300610.018lnpJ-C方程得到结果与试验结果吻合较好，表明该方程能够较好的描述材料的本构关系。最后，基于以上试验结果，在考虑了应变速率效应的情况下，运用有限元方法

5、模拟了SHPB动态压缩试验，有限元分析结果与试验结果较为吻合。关键词：低合金超高强度钢，Nb，力学性能，SHPB，有限元方法论文类型：应用基础研究选题来源：国家自然科学基金项目IIABSTRACTABSTRACTUltra-highstrengthlowalloysteelshavebeenwidelyusedinbearingstrongdynamicloadsofstructures,suchasgirderandlandinggear,forthehighstrength,excellenttoughnessdandhighhotformability.Studiesofm

6、echanicalresponseofultra-highstrengthlowalloysteelsunderdynamicloadinghaveguidingsignificancetomaterialapplication.Firstly,themicrostructureandcommonmechanicalpropertiesof300Mand300M-NbsteelunderdifferentquenchingtemperaturewasstudiedandtheeffectofNbonmicrostructureandpropertiesof300Msteelwas

7、analysed.Theresultsshowthatmicrostructureswererefined,theyieldstrengthandtensilestrengthandhardnesswereimprovedinthequenchingtemperatureof870-1020℃,andplasticityandimpacttoughnesswereenhancedslightlybytheadditionofNbto300Msteelwhenthequenchin