切削双相不锈钢S32760粘性效应研究

作     者：邹佳旭 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨琳

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：双相不锈钢S32760 高速切削 位错阻尼机制 应变率效应 粘性效应 

摘      要：双相不锈钢S32760由于其结构组织中含有奥氏体相与铁素体相,使其既有奥氏体相所具有的优良韧性和焊接性又有铁素体相所具有的高强度和耐氯化物、耐应力腐蚀性,可以更好的应用于腐蚀性较强的海洋环境,为建设海洋强国提供有力武器。但由于S32760在高应变率下存在粘性效应,即随着应变率增大,流动应力激增,使S32760成为难加工材料。在切削过程中,应变率已经达到了极高的数值,材料变形不能只考虑材料的弹性和塑性,更应该考虑粘性效应的影响。本文针对切削双相不锈钢S32760的粘性效应,从微观位错理论入手,分析了切削过程塑性变形控制机理的转变,并基于机理的转变和两相的粘性效应耦合建立了双相不锈钢的流动应力模型,通过动态压缩实验表征了S32760的应变率效应与温度效应,研究了应变率对切屑几何特征与物理特征的影响,最后通过正交切削仿真对S32760的粘性效应进行了验证,对揭示双相不锈钢的可加工性,实现双相不锈钢零件的高效高精度加工具有理论和实践意义。首先,通过塑性变形的本质,分析了材料不同应变率下塑性变形控制机制的转变。基于切削层几何特征,建立了应变率与切削速度的转化模型,分析了切削过程中切削速度对塑性变形控制机制转变的影响规律并建立了不同机制控制下的应变率理论模型。通过双相不锈钢材料与牛顿流体的流动应力模型进行对比,描述了双相不锈钢在切削过程中的类流体粘性效应,揭示铁素体与奥氏体之间两相的塑性变形耦合机制并建立了双相不锈钢的流动应力模型。然后,通过霍普金森压杆实验得到不同应变率和温度下的应力与应变关系图,发现了双相不锈钢S32760的应变率敏感性以及温度敏感性,并且对控制机制转变的不同阶段进行了划分并建立流动应力分布函数,识别出了使流动应力激增的临界应变率和使流动应力骤减临界阈值温度。通过实验数据与所建模型进行对比,验证了流动应力模型的准确性。其次,设计S32760切削实验,采用扫描电镜观察切屑微观形貌,对比切屑中铁素体相与奥氏体相的微观变化规律,解释了应变率效应的内在机理。结合切屑形貌并计算不同切削速度下切屑的锯齿化程度,研究了应变率对切屑几何特征的影响。通过测量不同切削速度下S32760切屑不同位置的硬度,分析了切屑硬度变化规律,研究了应变率对切屑物理特征的影响。最后,应用Abaqus对双相不锈钢S32760的切削过程进行仿真,通过切屑的锯齿化程度验证了仿真模型的准确性,并通过仿真不同温度和不同切削速度下的切屑应力,验证了S32760的温度效应和应变率效应,探明了S32760由于温度的降低和应变率的增加而引起的粘性效应。