冷加工塑性硬化对304不锈钢力学参数的影响
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第 ３９卷 第 ４期 ２０１９年 ７月
西安科技大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ４ Ｊｕｌ２０１９
王 帅，薛 河，崔英浩，等．冷加工塑性硬化对 ３０４不锈钢力学参数的影响［Ｊ］．西安科技大学学报，２０１９，３９（４）：６８１－ ６８７． ＷＡＮＧＳｈｕａｉ，ＸＵＥＨｅ，ＣＵＩＹｉｎｇｈａｏ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ３０４ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，３９（４）：６８１－６８７．
ＤＯＩ：１０．１３８００／ｊ．ｃｎｋｉ．ｘａｋｊｄｘｘｂ．２０１９．０４１６ 文章编号：１６７２－９３１５（２０１９）０４－０６８１－０７
Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ３０４ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ
ＷＡＮＧＳｈｕａｉ，ＸＵＥＨｅ，ＣＵＩＹｉｎｇｈａｏ，ＬＩＫａｉ，ＧＵＯＲｕｉ
收稿日期：２０１８－１２－２８ 责任编辑：高 佳 基金项目：国家自然科学基金委员会与英国皇家学会合作交流项目（５１８１１５３０３１１）；国家自然科学基金（５１４７５３６２）；陕西省自然科学基
金（２０１８ＪＱ５１９３） 第一作者：王 帅（１９９３－），男，甘肃靖远人，博士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｇａｌａｘｙｘｅｏｎ＠１６３．ｃｏｍ 通信作者：薛 河（１９６１－），男，江苏扬州人，教授，博士生导师，Ｅｍａｉｌ：ｘｕｅ＿ｈｅ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｅ ｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｌｄｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｗｉｌｌｃａｕｓｅ ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌａｒｅａｓｗｈｅｒｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅｃｈａｎｇｅｄｂｙｔｈｅｃｏｌｄｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇａｒｅｏｆｔｅｎｔｈｅｋｅｙｐａｒｔｆｏｒｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙａ ｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉ ｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ３０４ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｄａｔａｕｎ ｄｅｒ１０％，２０％，３０％ ａｎｄ４０％ ｃｏｌｄｗｏｒｋｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｕｎｉａｘｉａｌｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ．
冷加工塑性硬化对 ３０４不锈钢力学参数的影响
王 帅薛 河，崔英浩，李 凯，郭 瑞
（西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 ７１００５４）
摘 要：准确的材料力学参数是结构完整性分析与评价的重要基础，冷加工硬化现象会造成材 料力学性能参数的改变，而受冷加工硬化作用力学性能发生变化的局部区域往往是需要进行结 构完整性分析的关键部位。为获取不同冷加工硬化量下材料的力学性能，文中采用数值模拟和 力学试验相结合的方法，以常用的金属材料 ３０４奥氏体不锈钢为研究对象，通过单轴拉伸试验 获得了 １０％，２０％，３０％，４０％等 ４种不同冷加工条件下的工程应力应变数据；利用线弹塑性硬 化模型，结合 ＡＢＡＱＵＳ软件建立了获取冷加工硬化后材料力学性能的数值模拟方法，分析了不 同冷加工硬化量下 ３０４奥氏体不锈钢力学性能的变化规律。结果表明，线弹塑性硬化模型在一 定范围内能够较好地反映 ３０４奥氏体不锈钢受冷加工硬化作用后的力学行为，随着冷加工硬化 量的不断增大，３０４奥氏体不锈钢的屈服应力大幅度升高，同时，冷加工硬化对 ３０４奥氏体不锈 钢折减系数的影响相对较小。提出的方法可以用于重要工程结构中关键部位的结构完整性 分析。 关键词：材料力学性能；弹塑性有限元模拟；冷加工；３０４奥氏体不锈钢；力学试验 中图分类号：ＴＧ１１３．２ 文献标志码：Ａ
图6不同冷加工量304奥氏体不锈钢真实应力应变曲线fig6turestressstraincurveswithdifferentcolddeformation32数值模拟结果为获取不同冷加工量下304奥氏体不锈钢的力学性能参数选取线弹性塑性硬化关系作为材料真实应力应变曲线简化模型利用abaqus有限元软件对单轴拉伸试验进行数值模拟并通过在模型中不断调节屈服应力0折减系数2个参数值来控制数值模拟结果利用数值模拟获取试样标距段真实应力应变曲线后与单轴拉伸试验得到的真实应力应变曲线进行比对当拉伸试样与数值模拟结果较为吻合时认为数值模拟过程中所输入的屈服应力0折减系数等参数值近似等于该冷加工条件下304奥氏体不锈钢的力学性能参数
６８２
西 安 科 技 大 学 学 报 ２０１９年第 ３９卷
ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｆｏｒｏｂｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｌｄｗｏｒｋｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｖａｒｉａ ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅ３０４ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｌｄｗｏｒｋｃｏｎｄｉ ｔｉｏｎｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｐｌａｓｔｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｔｔｅｒｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌａｆｔｅｒｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｃｏｌｄ ｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇ，ｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｓｓｏｆ３０４ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｉｎｃｒｅａｓｅｄｇｒｅａｔｌｙｗｈｉｌｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆ ｃｏｌｄｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇｏｎｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｆ３０４ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｍａｌｌ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆｋｅｙｐａｒｔｓｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｅｌａｓｔｉｃｐｌａｓｔｉｃＦＥＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇ；３０４ａｕｓ ｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
西安科技大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
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王 帅，薛 河，崔英浩，等．冷加工塑性硬化对 ３０４不锈钢力学参数的影响［Ｊ］．西安科技大学学报，２０１９，３９（４）：６８１－ ６８７． ＷＡＮＧＳｈｕａｉ，ＸＵＥＨｅ，ＣＵＩＹｉｎｇｈａｏ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ３０４ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，３９（４）：６８１－６８７．
ＤＯＩ：１０．１３８００／ｊ．ｃｎｋｉ．ｘａｋｊｄｘｘｂ．２０１９．０４１６ 文章编号：１６７２－９３１５（２０１９）０４－０６８１－０７
Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ３０４ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ
ＷＡＮＧＳｈｕａｉ，ＸＵＥＨｅ，ＣＵＩＹｉｎｇｈａｏ，ＬＩＫａｉ，ＧＵＯＲｕｉ
收稿日期：２０１８－１２－２８ 责任编辑：高 佳 基金项目：国家自然科学基金委员会与英国皇家学会合作交流项目（５１８１１５３０３１１）；国家自然科学基金（５１４７５３６２）；陕西省自然科学基
金（２０１８ＪＱ５１９３） 第一作者：王 帅（１９９３－），男，甘肃靖远人，博士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｇａｌａｘｙｘｅｏｎ＠１６３．ｃｏｍ 通信作者：薛 河（１９６１－），男，江苏扬州人，教授，博士生导师，Ｅｍａｉｌ：ｘｕｅ＿ｈｅ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｅ ｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｌｄｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｗｉｌｌｃａｕｓｅ ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌａｒｅａｓｗｈｅｒｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅｃｈａｎｇｅｄｂｙｔｈｅｃｏｌｄｗｏｒｋｈａｒｄｅｎｉｎｇａｒｅｏｆｔｅｎｔｈｅｋｅｙｐａｒｔｆｏｒｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒｉｔｙａ ｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｌｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉ ｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ３０４ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｄａｔａｕｎ ｄｅｒ１０％，２０％，３０％ ａｎｄ４０％ ｃｏｌｄｗｏｒｋｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｕｎｉａｘｉａｌｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ．
冷加工塑性硬化对 ３０４不锈钢力学参数的影响
王 帅薛 河，崔英浩，李 凯，郭 瑞
（西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 ７１００５４）
摘 要：准确的材料力学参数是结构完整性分析与评价的重要基础，冷加工硬化现象会造成材 料力学性能参数的改变，而受冷加工硬化作用力学性能发生变化的局部区域往往是需要进行结 构完整性分析的关键部位。为获取不同冷加工硬化量下材料的力学性能，文中采用数值模拟和 力学试验相结合的方法，以常用的金属材料 ３０４奥氏体不锈钢为研究对象，通过单轴拉伸试验 获得了 １０％，２０％，３０％，４０％等 ４种不同冷加工条件下的工程应力应变数据；利用线弹塑性硬 化模型，结合 ＡＢＡＱＵＳ软件建立了获取冷加工硬化后材料力学性能的数值模拟方法，分析了不 同冷加工硬化量下 ３０４奥氏体不锈钢力学性能的变化规律。结果表明，线弹塑性硬化模型在一 定范围内能够较好地反映 ３０４奥氏体不锈钢受冷加工硬化作用后的力学行为，随着冷加工硬化 量的不断增大，３０４奥氏体不锈钢的屈服应力大幅度升高，同时，冷加工硬化对 ３０４奥氏体不锈 钢折减系数的影响相对较小。提出的方法可以用于重要工程结构中关键部位的结构完整性 分析。 关键词：材料力学性能；弹塑性有限元模拟；冷加工；３０４奥氏体不锈钢；力学试验 中图分类号：ＴＧ１１３．２ 文献标志码：Ａ
图6不同冷加工量304奥氏体不锈钢真实应力应变曲线fig6turestressstraincurveswithdifferentcolddeformation32数值模拟结果为获取不同冷加工量下304奥氏体不锈钢的力学性能参数选取线弹性塑性硬化关系作为材料真实应力应变曲线简化模型利用abaqus有限元软件对单轴拉伸试验进行数值模拟并通过在模型中不断调节屈服应力0折减系数2个参数值来控制数值模拟结果利用数值模拟获取试样标距段真实应力应变曲线后与单轴拉伸试验得到的真实应力应变曲线进行比对当拉伸试样与数值模拟结果较为吻合时认为数值模拟过程中所输入的屈服应力0折减系数等参数值近似等于该冷加工条件下304奥氏体不锈钢的力学性能参数
６８２
西 安 科 技 大 学 学 报 ２０１９年第 ３９卷
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