基于强化研磨的12Cr17Mn6Ni5N焊缝抗拉伸性能研究

作     者：何鹏 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁忠伟

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：强化研磨 12Cr17Mn6Ni5N焊缝 拉伸性能 表层特性 

摘      要：12Cr17Mn6Ni5N有着优异的综合力学性能与出色的抗腐蚀能力,在压力容器应用中前景广泛,存在很多焊接场景。按照现行的安全系数,材料许用应力主要是由屈服强度来决定的,但焊后的12Cr17Mn6Ni5N屈服强度较低,工程应用存在一些缺陷,所以有必要探索出提高其屈服强度的加工方法,以优化压力容器的设计,减轻设备重量,提升整体的经济性。本文对12Cr17Mn6Ni5N焊接材料提出一种强化研磨技术,该技术能够有效地调控材料表层的残余应力分布,进而诱导形成梯度微观组织结构以改善其拉伸性能。然而,当前对于强化研磨过程中材料表层特征及其晶粒梯度组织形成的机制,尚缺乏深入的理解。同时,强化研磨诱导的表层残余应力分布与材料拉伸性能之间的内在关联机制,也尚未明晰。为了进一步深入探索强化机理,加强该技术的研究与应用,采用理论推导、仿真模拟和试验研究,详细分析了强化研磨后12Cr17Mn6Ni5N焊缝表层特性和拉伸性能的变化规律,主要工作和结论如下: (1)推导了加工过程中涉及的冲击碰撞和被加工材料表面发生弹塑性形变的原理;分析了强化研磨加工技术诱导晶粒梯度组织演变。 (2)通过ABAQUS对12Cr17Mn6Ni5N焊接板材过程和强化处理焊接板材进行仿真模拟试验。发现焊接板材焊缝区的残余应力为拉应力,而通过强化改善后,焊缝区的拉应力全部变为压应力,并且压应力的值随着冲击时间的延长逐步提升,但提升的幅度呈现逐渐减小的趋势。 (3)研究了不同喷射压力和加工时长对12Cr17Mn6Ni5N焊缝表层特性影响的规律,通过分析得出了强化研磨诱导12Cr17Mn6Ni5N焊缝表层梯度结构演化机制。研究了强化研磨对12Cr17Mn6Ni5N焊缝显微硬度和残余应力的影响,测试了强化研磨后显微硬度在深度方向的分布规律。 (4)进行常温拉伸试验,分析了其抗拉强度、屈服强度及断口形貌,探索了不同喷射压力和加工时间下的拉伸性能变化机理。发现时间越长抗拉强度和屈服强度提升效果越明显,并且通过断口形貌分析得出,未强化试样的断口主要为解离断裂机制,强化后试样的表层断口以韧窝形貌为主。 (5)通过断口 EBSD测试对强化研磨加工提高12Cr17Mn6Ni5N焊缝拉伸性能的内部原因进行深入分析。与未强化试样相比,强化研磨加工后的试样含有更高的位错密度,塑性变形量得以增加,内部小角度的晶界比例也增加,进而提高了织构强度,影响了拉伸性能。