组织不均匀性对碳锰钢焊缝金属力学性能的影响

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1、组织不均匀性对碳锰钢焊缝金属力学性能的影响EffectofmicrostructureheterogeneityonmechanicalpropertiesofC-Mnweldmetal学科专业：材料加工工程作者姓名：张承泽指导教师：王东坡教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同

2、工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:孑签字日期:冫叫/2月日※亻J和7年`丿'卜本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:了≮3弘亻{和签字日期:加,7年〃日签字日期:ヵ⒎月`冫7年`/日`冫摘要碳锰钢焊缝金

3、属主要由晶界铁素体和针状铁素体组织组成，这两种组织具有不同的力学性能，因此焊缝金属组织具有不均匀性，这种不均匀性会显著影响焊缝金属的力学性能。本文采用小试样拉伸试验和扫描电子显微镜观察研究了焊缝金属组织不均匀性对焊缝金属细观变形和裂纹起裂行为的影响，采用仪器化压痕实验对焊缝金属中不同组织的力学性能进行表征，并采用基于组织的有限元模拟定量分析了组织不均匀性焊缝金属拉伸过程中细观应力应变分布情况及应力三轴度局部集中的影响，探讨了采用塑性应变集中理论预测焊缝金属失效行为的可行性，最后研究了组织不均匀性对热处理状态焊缝

4、金属力学性能的影响，结果表明：（1）焊缝金属中晶界铁素体的屈服强度和加工硬化系数均小于针状铁素体，晶界铁素体是焊缝金属中较“软”的组织，针状铁素体是焊缝金属中较“硬”的组织，焊缝金属组织具有力学性能差异；（2）焊缝金属组织分布情况显著影响拉伸过程细观变形情况和裂纹起裂，焊缝金属的细观变形和裂纹起裂具有各向异性，纵向试样失效模式为劈开型失效，而横向试样失效模式为劈开型和剪切型混合失效；焊缝金属组织不均匀性导致其细观应力应变分布不均匀，针状铁素体承受较高的应力而晶界铁素体承受较高的应变，在晶界铁素体中形成的塑性应变

5、集中带可以预测焊缝金属的失效行为；（3）焊缝金属组织不均匀性导致局部应力三轴度集中，且在拉伸过程中应力三轴度发生变化，在颈缩开始前应力三轴度变化过程可分为初始阶段、转变阶段和稳定阶段三个阶段；（4）焊后热处理会显著影响焊缝金属不同组织的力学性能，进而影响焊缝金属的强度和塑性，热处理后晶界铁素体强度降低，针状铁素体在400℃和700℃热处理后强度降低，在600℃热处理后强度略有上升；在400℃和600℃热处理后焊缝金属塑性应变集中程度显著上升，导致焊缝金属拉伸断裂应变下降。关键词：组织不均匀性，仪器化压痕，基于组

6、织的有限元模拟，塑性应变集中，失效行为，焊后热处理IABSTRACTCarbon-Manganese(C-Mn)weldmetalismainlycomposedofgrainboundaryferrite(GF)andacicularferrite(AF).AsthemechanicalpropertiesofGFisdifferentfromthatofAF,theweldmetalisheterogeneousinmicroscaleandtheheterogeneitywillinfluencethem

7、echanicalpropertiesofweldmetal.Inthispaper,thetensiletestscombinedwithscanningelectronmicroscope(SEM)observationwereperformedtostudytheeffectofmicrostructureheterogeneityonthedeformationandfailurebehavior,instrumentedindentationtestswereperformedtodeterminet

8、hemechanicalpropertiesofGFandAF,andthemicrostructure-basedfiniteelementsimulationwasadoptedtoinvestigatethemicroscopicstress/straindistributionandstresstriaxialitybuildupduringtensionprocess,the