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                          層合軋壓SMAT納米化是如何提高304不銹鋼管強度與韌性
                          時間:2021-05-25 08:29:22        點擊量:【 】次

                              不銹鋼管的強度和韌性對于機械和土木結構的完整性與可靠性都是至關重要的??茖W工作者一直都致力于高強度高韌性結構材料的設計與研究,其中包括多種表面改性技術,如噴丸、電鍍、噴涂、氣相沉積(PVD/CVD)激光處理和表面化學處理等。這些技術通過改善不銹鋼管表面組織微結構,極大地提高了不銹鋼管的性能,近年來,隨著納米材料與納米技術研究的不斷深入,將表面處理技術與納米技術相結合成為研究的熱點。Chen等通過把表面機械研磨處理技術與軋壓技術相結合,制備了304不銹鋼管試件并進行了實驗研究.實驗結果表明,處理后的304不銹鋼管擁有高強度(屈服強度為878 MPa,是塊狀粗材料的兩倍多)和期望的韌性(失效應變為48%,是具有相同屈服強度、通過普通硬化加工得到的材料的三倍)。同時,在脆性納米界面層觀察到大量的微裂紋的萌生和演化,這也被用來解釋納米化材料的增韌機制。

                              隨著計算機性能的不斷提高,數值分析方法逐漸成為材料設計中一個不可或缺的部分,并經常能夠為材料的設計與優化提供可靠的參考.對于層合軋壓SMAT納米化304不銹鋼管,Guo等在文獻中利用數值方法進行了相關的損傷研究并得到了較好的結論,但是他們沒有考慮納米層界面處的剪切破壞,而文獻中的實驗觀察,發現界面剪切損傷明顯存在。

                              本文作者在損傷力學框架下,應用通用有限元軟件ABAQUS,建立層合軋壓SMAT納米化304不銹鋼管的內聚有限元模型.在考慮其納米晶界面剪切批傷破壞的基礎上,用數值方法驗證其增韌機制,進而研究納米層性能,包括法向內聚強度、切向內聚強度、損傷演化斷裂能和體積含量對結構材料整體強度與韌性的影響。

                              (1)建立了考慮切向內聚強度的用于分析層合軋壓SMAT納米化304不銹鋼管材料的強度與韌性的二維內聚有限元模型。采用該模型在平面拉伸載荷作用下,模擬其損傷與演化過程,并與實驗結果進行對比,取得滿意的結果,驗證了模型的有效性和正確性。

                              (2)評枯了納米晶層內聚強度和斷裂能對整體性能的影響。法向內聚強度和切向內聚強度的增加,都會增加材料的整體失效應變。降低納米晶層的斷裂能也有利于材料韌性的增加。

                              (3)研究了納米晶層體積含量對304不銹鋼管整體失效應變和強度的影響。通過對兩種不同納米晶層分布方式模型的計算發現,無論是哪種方式,增加納米晶層的體積含量,都會增加材料的強度,但韌性會明顯減小。說明304不銹鋼管對納米晶層的厚度很敏感,在藝中要根據需要慎重設計加工。

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