扭转硬化对低碳钢力学性能影响的实验研究(附件)【字数：13287】
摘 要摘 要采用拉伸冷作硬化虽然能显著提高金属的强度，但是材料的塑性变化不够充分，影响强化效果，更有甚者会使金属产生颈缩现象及造成材料的初始损伤。因此，采用拉伸冷作硬化产生的应变强化和塑性变形是很不充分的。现有试验研究及分析结果表明，采用扭转冷作硬化能够使金属材料得到更加充分的强化，且在较大幅度提高钢材的强度的同时能够保证材料的截面积几乎不发生变化，得到明显优于拉伸冷作硬化的硬化效果。本文以单位长度扭转角为硬化程度指标，并基于准静态拉伸，扭转和冲击实验，得到了未经强化和不同扭转硬化程度下的Q235钢的抗拉强度、规定非比例延伸强度、断面收缩率、断后伸长率及不同温度下的冲击韧性等性能参数。实验结果表明，扭转硬化能显著地提高Q235钢的拉伸强度，其中对规定塑性延伸强度的提高幅度可达到一倍以上；其塑性性能的下降呈现两头剧烈而中间平缓的“三段式”模式，其中第二阶段中塑性下降平缓，而强度提高显著，可得到较好的扭转硬化效果且兼顾塑性性能。基于拉伸实验数据，本文还构建（拟合）了Q235低碳钢在常温常态下拉伸强度、塑性性能与扭转硬化程度的关系函数。在相同温度条件下，随着硬化程度的不断增加，低碳钢的冲击韧性逐渐下降，而且在硬化到一定程度后，材料的冲击韧性会突然急剧下降，突变点对应的扭转角随着温度的降低，不断变小。在扭转硬化程度相同时，随着温度的不断降低，低碳钢的冲击韧性也逐渐下降。此外，为了得到Q235钢较优的冲击韧性，应控制其处在0°C和单位长度相对扭转角为5°/mm这两种条件下。关键词Q235钢；扭转强化；拉伸实验；强度性能；塑性性能；冲击韧性
目 录
第一章 绪 论 1
1.1前言 1
1.2国内外研究历史与现状 1
1.2.1关于钢材的拉伸与扭转冷作硬化 1
1.2.2关于钢材的冲击 2
1.3本文讨论的主要内容 4
第二章 实验原理、设备及试样的制备 5
2.1实验原理 5
2.2实验设备 6
2.3试样的制备 7
2.3.1扭转试样制备原理 7
2.3.2拉伸试样制备原理 7
2.3.3冲击试样制备原理 8
2.4小结 9
第三章 扭转硬化对Q235 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
钢拉伸力学性能的影响研究 11
3.1实验方案 11
3.2扭转实验步骤 11
3.3扭转实验数据 12
3.4 Q235钢拉伸实验与分析 13
3.4.1拉伸实验步骤 13
3.4.2强化前的拉伸力学性能 15
3.4.3强化后的拉伸力学性能 16
3.4.4强度性能分析 16
3.4.5塑性性能分析 17
3.4.6扭转硬化的工程应用建议 18
3.5基于扭转硬化程度的拉伸力学性能关系函数的构建 18
3.5.1抗拉强度曲线拟合 19
3.5.2屈服极限曲线拟合 19
3.5.3断后伸长率曲线拟合 20
3.5.4断面收缩率曲线拟合 20
3.5.5关系函数拟合 21
3.6 小结 21
第四章 扭转硬化对Q235钢冲击韧性的影响研究 23
4.1实验 23
4.1.1 实验方案 23
4.1.2 冲击实验步骤 24
4.2冲击实验数据 25
4.3实验结果分析 25
4.3.1不同温度不同硬化程度下冲击功的变化分析 25
4.3.2相同温度不同硬化程度下冲击功的变化分析 26
4.3.3相同硬化程度不同温度下冲击功的变化分析 27
4.4 小结 28
第五章 结 论 29
致 谢 30
研究总结 31
参考文献 32
第一章 绪 论
1.1前言
钢材是使用最为广泛的材料，其使用技术对人类的发展起着决定性的作用[1]。自工业革命之后，人们运用各种方法来提高金属的强度，例如热处理[2]、合金化、细化组织、冷作硬化[37]、表面处理等，其中冷作硬化是一种目前能显著提高金属材料强度的方法，其成本低并且应用较为广泛。冷作硬化通常是指某些金属在常温或者是结晶温度条件下的加工产生强烈的塑性变形，使晶格产生扭曲、造成畸变晶粒产生剪切、滑移，晶粒被拉长，并且通过改变金属的内部结构从而改变金属的强度，该方法能显著提高金属的强度，但同时也会降低其塑性和冲击韧性。目前人们针对金属的常用冷作硬化手段主要有拉伸冷作硬化和扭转冷作硬化[810]。
由于拉伸冷作硬化操作简单易行且对材料的强化效果明显，目前已有广泛的工程应用，但是单纯的拉伸硬化会使金属在拉伸过程直径变细，材料的塑性变形[11]也不充分，影响强化效果，更有甚者会使金属产生颈缩现象及造成材料的初始损伤。
现有试验研究及分析结果表明，采用扭转冷作硬化能够使金属材料得到更加充分的强化，且在较大幅度提高钢材的强度的同时能够保证材料的截面积几乎不发生变化，得到明显优于拉伸冷作硬化的硬化效果[1213]。但由于冷作硬化在提高材料强度的同时，会导致材料的塑性和冲击韧性降低，而材料的塑性和冲击韧性对于结构或零件的安全性有着重要影响，故必须控制硬化程度，兼顾其强度、塑性和冲击性能，从而获得钢材更为理想的综合拉伸力学性能。
1.2国内外研究历史与现状
1.2.1关于钢材的拉伸与扭转冷作硬化
在现代社会中，钢材是实际工程中最重要的材料之一，广泛应用于航空、各类建筑、海洋结构物机械制造等领域。众所周知，钢材可以通过物理或化学的手段来提高其力学性能，而热处理或表面镀膜等化学方法只能单单的提高其硬度，而不会使其强度有很大的增强。近年来，国内外许多学者研究发现，拉伸冷作硬化可以通过改变钢材内部结构来提高强度，不仅可以提高抗拉和抗压强度，而且大大增强了其抗冲击性能。在拉伸冷作硬化过程中，随着应力的不断增加，试样将慢慢变细，从而引起真实应力的逐渐增大，并且当外力达到一定程度时，真实应力的增大与试样变细的交互作用将逐渐达到失稳的临界点。因此，采用拉伸冷作硬化产生的应变强化和塑性变形是很不充分的。研究发现，采用扭转冷作硬化能够使材料得到充分强化，可得到明显优于拉伸冷作硬化强化的效果[1415]。同时，国外学者CULVER R S还系统地提出材料在高速载荷条件下的变形与失效的研究，因受高速加载条件下的限制，而导致多数研究工作仍然还侧重于力学方面的分析与推演[16]。目前，国内外许多学者也在研究关于如何获得提高材料抗冲击性能的方法，由此可见，钢材等实际工程材料在扭转硬化下的力学变化行为日益受到人们的关注，并且硬化材料在一定扭转硬化下的本质的研究资料仍然很缺乏，其行为规律也有待人们发现。所以，目前国内外很多学者仍然在寻找更好的方法来提高钢材的强度，并且保证其塑性性能和冲击韧性没有太大的变化，以便将其应用到实践工程中去。
1.2.2关于钢材的冲击
目 录
第一章 绪 论 1
1.1前言 1
1.2国内外研究历史与现状 1
1.2.1关于钢材的拉伸与扭转冷作硬化 1
1.2.2关于钢材的冲击 2
1.3本文讨论的主要内容 4
第二章 实验原理、设备及试样的制备 5
2.1实验原理 5
2.2实验设备 6
2.3试样的制备 7
2.3.1扭转试样制备原理 7
2.3.2拉伸试样制备原理 7
2.3.3冲击试样制备原理 8
2.4小结 9
第三章 扭转硬化对Q235 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
钢拉伸力学性能的影响研究 11
3.1实验方案 11
3.2扭转实验步骤 11
3.3扭转实验数据 12
3.4 Q235钢拉伸实验与分析 13
3.4.1拉伸实验步骤 13
3.4.2强化前的拉伸力学性能 15
3.4.3强化后的拉伸力学性能 16
3.4.4强度性能分析 16
3.4.5塑性性能分析 17
3.4.6扭转硬化的工程应用建议 18
3.5基于扭转硬化程度的拉伸力学性能关系函数的构建 18
3.5.1抗拉强度曲线拟合 19
3.5.2屈服极限曲线拟合 19
3.5.3断后伸长率曲线拟合 20
3.5.4断面收缩率曲线拟合 20
3.5.5关系函数拟合 21
3.6 小结 21
第四章 扭转硬化对Q235钢冲击韧性的影响研究 23
4.1实验 23
4.1.1 实验方案 23
4.1.2 冲击实验步骤 24
4.2冲击实验数据 25
4.3实验结果分析 25
4.3.1不同温度不同硬化程度下冲击功的变化分析 25
4.3.2相同温度不同硬化程度下冲击功的变化分析 26
4.3.3相同硬化程度不同温度下冲击功的变化分析 27
4.4 小结 28
第五章 结 论 29
致 谢 30
研究总结 31
参考文献 32
第一章 绪 论
1.1前言
钢材是使用最为广泛的材料，其使用技术对人类的发展起着决定性的作用[1]。自工业革命之后，人们运用各种方法来提高金属的强度，例如热处理[2]、合金化、细化组织、冷作硬化[37]、表面处理等，其中冷作硬化是一种目前能显著提高金属材料强度的方法，其成本低并且应用较为广泛。冷作硬化通常是指某些金属在常温或者是结晶温度条件下的加工产生强烈的塑性变形，使晶格产生扭曲、造成畸变晶粒产生剪切、滑移，晶粒被拉长，并且通过改变金属的内部结构从而改变金属的强度，该方法能显著提高金属的强度，但同时也会降低其塑性和冲击韧性。目前人们针对金属的常用冷作硬化手段主要有拉伸冷作硬化和扭转冷作硬化[810]。
由于拉伸冷作硬化操作简单易行且对材料的强化效果明显，目前已有广泛的工程应用，但是单纯的拉伸硬化会使金属在拉伸过程直径变细，材料的塑性变形[11]也不充分，影响强化效果，更有甚者会使金属产生颈缩现象及造成材料的初始损伤。
现有试验研究及分析结果表明，采用扭转冷作硬化能够使金属材料得到更加充分的强化，且在较大幅度提高钢材的强度的同时能够保证材料的截面积几乎不发生变化，得到明显优于拉伸冷作硬化的硬化效果[1213]。但由于冷作硬化在提高材料强度的同时，会导致材料的塑性和冲击韧性降低，而材料的塑性和冲击韧性对于结构或零件的安全性有着重要影响，故必须控制硬化程度，兼顾其强度、塑性和冲击性能，从而获得钢材更为理想的综合拉伸力学性能。
1.2国内外研究历史与现状
1.2.1关于钢材的拉伸与扭转冷作硬化
在现代社会中，钢材是实际工程中最重要的材料之一，广泛应用于航空、各类建筑、海洋结构物机械制造等领域。众所周知，钢材可以通过物理或化学的手段来提高其力学性能，而热处理或表面镀膜等化学方法只能单单的提高其硬度，而不会使其强度有很大的增强。近年来，国内外许多学者研究发现，拉伸冷作硬化可以通过改变钢材内部结构来提高强度，不仅可以提高抗拉和抗压强度，而且大大增强了其抗冲击性能。在拉伸冷作硬化过程中，随着应力的不断增加，试样将慢慢变细，从而引起真实应力的逐渐增大，并且当外力达到一定程度时，真实应力的增大与试样变细的交互作用将逐渐达到失稳的临界点。因此，采用拉伸冷作硬化产生的应变强化和塑性变形是很不充分的。研究发现，采用扭转冷作硬化能够使材料得到充分强化，可得到明显优于拉伸冷作硬化强化的效果[1415]。同时，国外学者CULVER R S还系统地提出材料在高速载荷条件下的变形与失效的研究，因受高速加载条件下的限制，而导致多数研究工作仍然还侧重于力学方面的分析与推演[16]。目前，国内外许多学者也在研究关于如何获得提高材料抗冲击性能的方法，由此可见，钢材等实际工程材料在扭转硬化下的力学变化行为日益受到人们的关注，并且硬化材料在一定扭转硬化下的本质的研究资料仍然很缺乏，其行为规律也有待人们发现。所以，目前国内外很多学者仍然在寻找更好的方法来提高钢材的强度，并且保证其塑性性能和冲击韧性没有太大的变化，以便将其应用到实践工程中去。
1.2.2关于钢材的冲击
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/127.html
