316LN鋼熱成形開裂預(yù)報與損傷規(guī)律研究.pdf

1、核電設(shè)備運行在高溫高壓復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境中,由于核電設(shè)備的特殊性,其安全性能的保障非常重要。熱成形是核電設(shè)備關(guān)鍵零部件的主要制造工序之一,擔(dān)負(fù)著核電設(shè)備大鍛件成形成性的任務(wù)。如何設(shè)計合理的熱成形工藝參數(shù)以確保生產(chǎn)出高質(zhì)量、安全的核電大鍛件,日益引起科研工作者的廣泛關(guān)注并不斷得到深化研究。熱成形中坯料經(jīng)常會發(fā)生高溫韌性開裂,如何盡量減少并避免熱開裂缺陷,需要對材料熱成形特性和具體工藝參數(shù)等相關(guān)因素進行深入而系統(tǒng)地研究。
　　316LN奧氏

2、體不銹鋼作為核電設(shè)備常用材料,主要用于快中子增殖反應(yīng)堆構(gòu)件和主管道的制造。本課題以連續(xù)損傷力學(xué)的Bonora模型為基礎(chǔ),以316LN為研究對象,研究該材料在熱成形過程的熱開裂演變規(guī)律,提出了316LN高溫狀態(tài)下基于Bonora模型的損傷演化方程,結(jié)合熱拉伸、鐓粗實驗及數(shù)值模擬技術(shù)驗證了所建損傷演化方程的合理性和有效性。本文的主要研究工作包括:
　　在研究熱成形過程損傷開裂的演變規(guī)律時,需要充分考慮大鍛件實際成形過程不斷變化的溫度場

3、和應(yīng)變速率場。首先對316LN奧氏體不銹鋼在Gleeble熱模擬機上進行不同溫度和不同應(yīng)變速率的20組高溫拉伸實驗,并對實驗數(shù)據(jù)進行整理,得到應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。在此基礎(chǔ)上,依據(jù)連續(xù)損傷力學(xué)、熱成形的相關(guān)理論和公式,得出變形激活能、峰值應(yīng)力、初始損傷閾值應(yīng)變、臨界損傷斷裂應(yīng)變、臨界損傷值等材料參數(shù),并對相關(guān)材料參數(shù)與溫度、應(yīng)變速率之間的關(guān)系進行了定量分析和研究。
　　在建立高溫?fù)p傷演化方程時,考慮到Zener–Hollomon參數(shù)對

4、金屬高溫塑性變形能力的影響,使用Z參數(shù)的演變形式建立溫度、應(yīng)變速率與初始損傷閾值應(yīng)變、臨界損傷斷裂應(yīng)變、臨界損傷值之間的關(guān)系式,建立了描述316LN熱開裂的損傷演化方程。該方程充分考慮了材料的初始損傷閾值應(yīng)變、臨界損傷閾值應(yīng)變、臨界損傷值、應(yīng)變速率、溫度及應(yīng)力三軸度等六個因素的綜合影響。
　　為驗證所建316LN熱開裂損傷演化方程的有效性和準(zhǔn)確性,對316LN拉伸實驗載荷行程曲線和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比,兩者基本吻合,從而驗證了所建

5、方程的準(zhǔn)確性。由于大尺寸坯料的熱成形方式主要采用鐓粗和拔長工藝,所以本課題采用4組80個不同形狀的柱體樣件進行均勻初始溫度場和非均勻初始溫度場下的鐓粗實驗,以測定材料發(fā)生熱開裂的臨界壓下率。在MSC.Marc有限元軟件中,以損傷演化方程為基礎(chǔ),進行數(shù)值模擬,對實驗臨界壓下率和模擬臨界壓下率進行對比,二者基本一致,驗證了損傷演化方程預(yù)測316LN熱開裂的準(zhǔn)確性和有效性,同時也證明該模型在拉伸和鐓粗成形方面均有較高的準(zhǔn)確性,為熱成形中設(shè)計合