XM-12 不銹鋼試樣高溫拉伸試驗(yàn)解析

XM-12 不銹鋼因其優(yōu)異的材料性能，廣泛應(yīng)用于石油開采機(jī)械。XM-12 材料鍛造過程中的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以為鍛造工藝編制提供有效的數(shù)據(jù)支持，然而高溫檢測過程中，試樣有效加熱部分隨試樣延長率變化而變化，且拉伸過程以頸縮變形為主，為真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測試帶來很大難度，且通過伸長率計(jì)算的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實(shí)際存在較大的偏離。因此，真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的準(zhǔn)確修正在XM-12 不銹鋼鍛造工藝優(yōu)化過程中非常重要。

基于CiteSpaceV的我國退役運(yùn)動員研究的知識圖譜分 析 …………………… 王慧文，劉 建 5·094

XM-12 銅沉淀硬化型馬氏體不銹鋼，廣泛應(yīng)用于石油開采機(jī)械制造，執(zhí)行ASTM A705-2017《Standard Specification for Age-Harding Stainless Forging》標(biāo)準(zhǔn)(含)。通過合金元素Cr、Ni、Cu、Nb 等合金元素的加入，XM-12 不銹鋼擁有良好的耐腐蝕性和良好的機(jī)械性能，低溫?cái)嗔秧g度非常好，其化學(xué)成分要求如表1 所示。

在哲學(xué)常識課的教學(xué)過程中，如何做到哲理教育與情趣教育的有機(jī)結(jié)合呢?在教學(xué)實(shí)踐中，我主要從以下幾個方面進(jìn)行了嘗試，收到了較好的教育、教學(xué)效果。

穩(wěn)定流模擬的河道邊界條件為1981年最大流量和平均流量，初始條件為河道比降。非穩(wěn)定流模擬的河道邊界條件為1981年至1982年逐月流量，初始條件為河道基流。根據(jù)穩(wěn)定流模擬所得水深和流速情況調(diào)整模型幾何數(shù)據(jù)并進(jìn)行保存。建立非穩(wěn)定流模型時，運(yùn)用穩(wěn)定流模擬中調(diào)整過的幾何數(shù)據(jù)再現(xiàn)河道情況。模型所用邊界條件和初始條件見表1。

XM-12 材料高溫拉伸試驗(yàn)檢測溫度范圍：900 ～1200℃。普通的試驗(yàn)機(jī)無法滿足，因此此次試驗(yàn)選擇Gleeble-3500 熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行光滑圓棒試樣的拉伸試驗(yàn)。拉伸試樣圖如圖1 所示。

XM-12 不銹鋼材料，因其合金含量較高，鍛造過程中存在熱態(tài)變形抗力大，鍛造溫度區(qū)間窄，表面易開裂等特點(diǎn)。因此材料在高溫過程中的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測試在其鍛造工藝優(yōu)化過程中非常重要。

為了實(shí)現(xiàn)更加高效的機(jī)器巡視，使用最短路徑的基本算法，來解決實(shí)際運(yùn)行中的預(yù)測以及決策性問題，采用經(jīng)典的Dijkstra算法對路徑信息進(jìn)行極大的利用.

高溫拉伸測試

試驗(yàn)時，先將試樣以10℃/s 的加熱速度加熱至1180℃，保溫120s；以5℃/s 的冷卻速度將試樣降溫至1050℃，以3mm/s 的速度進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。為確保試樣拉斷，夾塊位移選擇15mm(試樣有效加熱區(qū)20mm)。過程記錄加載力、位移、試樣溫度等。

本文以1050℃拉伸結(jié)果為分析對象，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正分析，試樣實(shí)測直徑

9.98mm。

將修訂后的曲線數(shù)據(jù)導(dǎo)入Abaqus 有限元分析軟件，對拉伸試樣的韌性損傷閥值D 進(jìn)行分析，如圖6所示。可以看出圓柱形光滑拉伸試樣在拉伸至斷裂過程中，試樣中心區(qū)域的DUCTILE 值最先達(dá)到1。

圖解法修訂應(yīng)力-應(yīng)變曲線

1050℃拉伸試樣如圖3 所示，拉伸試驗(yàn)過程中以頸縮變形為主，頸縮開始后為集中變形階段，因此真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線以直徑變化計(jì)算最為貼近實(shí)際變化。

如上，如果需要獲取頸縮截面的截面直徑，但是配備類似引伸計(jì)的實(shí)驗(yàn)室非常少。本文選擇劉秉余在《真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的一種圖解求法—縮頸過程分析》中計(jì)算分析得到的一種針對縮頸過程的圖解求法，來進(jìn)行高溫拉伸過程中的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線修正。

用心講好國土故事（李風(fēng)） ............................................................................................................................1-57

試驗(yàn)結(jié)果：1050℃光滑圓柱拉伸試樣檢測，斷裂處伸長量為2.34mm，斷裂后伸長量為10.15mm，斷后半徑r

為2.38mm。按圖解法進(jìn)行近似求解，試樣在頸縮開始至結(jié)束，半徑的變化式為r=-0.8594×△L+4.721，式中r 為試樣縮頸處瞬時半徑，L 為頸縮開始后試樣圓錐面伸長量。修正后真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5 所示。

圖解求法如圖4 所示，認(rèn)為試樣的最小縮頸截面在拉伸過程中，所掃過的區(qū)域是一個錐面向外凸的虛擬圓錐體，此虛擬圓錐體與圓柱形光滑拉伸試樣，拉伸斷裂后獲得的圓錐形縮頸體是完全不同的兩個圓錐體。在計(jì)算圓柱形光滑拉伸試樣拉伸斷裂后的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線時，選用外凸的虛擬圓錐體參與計(jì)算，這個虛擬圓錐體由最小縮頸截面與縮頸最上端母線交點(diǎn)的軌跡線來確定。

在圖解法求解過程中，只需計(jì)算和測量斷裂處試驗(yàn)材料的抗拉強(qiáng)度σ

時變形量△L 和試樣斷裂時的伸長L

和半徑r

，把兩點(diǎn)的坐標(biāo)連成直線作為軌跡線，進(jìn)而求取圓柱形光滑拉伸試樣在拉伸過程中的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

修正后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示，在試樣頸縮開始后初始階段，應(yīng)力值會隨著應(yīng)變的增加而增加。因?yàn)轭i縮階段，試樣的塑性變形由均勻變形轉(zhuǎn)變?yōu)榧兴苄宰冃坞A段，雖然夾頭的速度不變，但是集中變形部位的變形速率是隨長度的增大而增加，導(dǎo)致變形抗力增加。當(dāng)達(dá)到一定變形量后，集中變形部分孔洞體積增加，參與變形的部分減小，但仍然保持較好的塑性，導(dǎo)致變形抗力減小，直至試樣拉斷。對比圖2 曲線，更接近光滑圓柱形試樣拉伸過程中真實(shí)情況，具有很好的參考意義。

沿岸流主要對凸岸、岸嘴進(jìn)行沖刷，加速塌岸過程。北方水庫凍融作用破壞岸坡土層結(jié)構(gòu)，使土體發(fā)生裂縫和坍塌。庫岸的物理地質(zhì)作用，如風(fēng)化、滑坡現(xiàn)象和地表水沖刷，也會加速塌岸過程。黃土地區(qū)水庫蓄水后泥沙淤積，會導(dǎo)致河床抬高，水深減小，波浪淘刷作用減弱，進(jìn)行減小塌岸寬度和速度。

圓柱拉伸試樣的有限元分析

試驗(yàn)結(jié)束后，提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按長度變化進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變曲線繪制，如圖2 所示，最大伸長量10.15mm，最大應(yīng)變ε

=ln[(20+10.15)/20]=0.41；而斷后最小直徑2.38mm，斷面收縮率94.31%，則與伸長量計(jì)算真實(shí)應(yīng)變反饋相差較大。

分析表明：對于XM-12 材質(zhì)圓柱形光滑拉伸試樣，在其拉伸過程中最先發(fā)生材料失效的區(qū)域是試樣截面的中心部位；并且分析結(jié)果也體現(xiàn)了材料在1050℃時良好的塑韌性，這與圖5 真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變的修訂曲線結(jié)果相一致。

總結(jié)

XM-12 材料真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線修訂總結(jié)：

⑴高溫拉伸試驗(yàn)中，由于光滑圓柱形試樣的有效加熱部位會隨試樣的長度變化而產(chǎn)生波動，因此按長度變化進(jìn)行繪制的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線存在較大的誤差；

⑵利用圖形法，對光滑圓柱形試樣變形過程中直徑變化規(guī)律的分析和數(shù)據(jù)修訂，可以獲得較為準(zhǔn)確真實(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

⑶利用Abaqus 有限元分析，光滑圓柱形試樣拉伸變形過程中，頸縮部位的中心首先達(dá)到損傷D 值，斷裂由心部擴(kuò)展到頸縮截面，對真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變過程中曲線的變化形成較好的理論支持；

⑷修訂后的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線較好地描述了材料拉伸過程中的變化規(guī)律，對鍛造工藝編制具有很好的指導(dǎo)意義。