429与429Mo两种铁素体不锈钢的高温疲劳行为

发布时间：2017-07-17 13:01

  本文关键词：429与429Mo两种铁素体不锈钢的高温疲劳行为

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【摘要】：铁素体不锈钢以其优良的抗应力腐蚀性、较低的热膨胀系数、较好的韧性和延伸性、优异的抗高温氧化性和高温强度以及较低的价格,已代替奥氏体不锈钢被广泛应用于汽车排气系统。根据其与发动机的位置,排气系统中的部件可处于从排气尾管的100oC变化到排气歧管的1000oC的高温环境中。在工作过程中,排气系统构件可能受到汽车尾气气流的冲击或者路面的震荡作用,高温和机械振动是导致汽车排气系统部件使用寿命降低甚至失效断裂的主要原因。因此,针对铁素体不锈钢高温疲劳行为开展研究十分必要。本文针对15CrNbTi和15CrMoNbTi两种铁素体不锈钢在800oC时高温疲劳以及在引入10s保持时间的疲劳-蠕变交互作用加载条件下的疲劳行为开展了研究,以期为铁素体不锈钢结构件的抗疲劳设计和安全使用提供可靠的理论依据。疲劳试验结果表明,15CrNbTi和15CrMoNbTi铁素体不锈钢的疲劳极限分别为30MPa和35MPa。相较于15CrNbTi铁素体不锈钢,15CrMoNbTi铁素体不锈钢拥有更高的疲劳极限,说明Mo的添加能够有效的提高铁素体不锈钢的疲劳极限。在较高的应力区间内,当最大循环应力相同时,15CrNbTi铁素体不锈钢的疲劳寿命高于15CrMoNbTi铁素体不锈钢的疲劳寿命;在较的低应力区间内,当最大循环应力相同时,15CrMoNbTi铁素体不锈钢的疲劳寿命高于15CrNbTi铁素体不锈钢的疲劳寿命。当引入10s保持时间后,由于疲劳-蠕变的交同作用,铁素体不锈钢的疲劳寿命大幅度降低。疲劳断口形貌观察结果表明,在应力控制的高温疲劳加载条件下,15CrNbTi和15CrMoNbTi两种铁素体不锈钢的疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于试样表面,并以穿晶方式扩展。在引入10s保持时间的疲劳-蠕变交互作用加载条件下,15CrNbTi和15CrMo NbTi两种铁素体不锈钢疲劳断口表面均可观察到大量的蠕变孔洞。微观组织结构观察结果表明:在疲劳-蠕变交互作用加载条件下,15CrNbTi和15CrMoNbTi两种铁素体不锈钢中均出现了Laves相,而Laves相是孔洞形核和裂纹形成的诱因,蠕变孔洞的形成、汇集并扩展,加速了疲劳裂纹的扩展。在高温疲劳加载条件下的15CrNbTi和15CrMoNbTi两种铁素体不锈钢中可观察到清晰的亚晶界,而保持时间的引入使位错发生重新排列,形成低能量的位错组态,故在15CrNbTi和15CrMoNbTi两种铁素体不锈钢变形区未观察到明显的亚晶界。
【关键词】：铁素体不锈钢 疲劳极限 保持时间 Laves相 疲劳-蠕变交互作用
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 不锈钢概述9
• 1.2 汽车排气系统用不锈钢性能要求9-12
• 1.3 合金元素在铁素体不锈钢中的作用12-14
• 1.4 材料的疲劳14-18
• 1.5 课题的提出及研究意义18-20
• 第2章 实验材料、设备及方法20-24
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验设备20
• 2.3 实验内容与方法20-24
• 2.3.1 疲劳试样的制备20-21
• 2.3.2 高温疲劳行为的研究21-22
• 2.3.3 高温疲劳-蠕变行为的研究22
• 2.3.4 显微组织观察22
• 2.3.5 高温疲劳与疲劳-蠕变断口的观察22
• 2.3.6 高温疲劳与疲劳-蠕变微观结构的观察22-24
• 第3章 实验结果分析与讨论24-42
• 3.1 两种铁素体不锈钢的显微组织24-25
• 3.2 两种铁素体不锈钢的高温疲劳行为25-29
• 3.2.1 15CrNbTi铁素体不锈钢的S-N曲线26
• 3.2.2 15CrMoNbTi铁素体不锈钢的S-N曲线26-27
• 3.2.3 两种铁素体不锈钢的S-N曲线比较27-28
• 3.2.4 两种铁素体不锈钢疲劳寿命预测28-29
• 3.3 两种铁素体不锈钢的疲劳-蠕变行为29-33
• 3.3.1 15CrNbTi铁素体不锈钢的S-N曲线29-30
• 3.3.2 15CrMoNbTi铁素体不锈钢的S-N曲线30-31
• 3.3.3 两种铁素体不锈钢的S-N曲线比较31
• 3.3.4 疲劳与疲劳-蠕变交互作用加载条件下的S-N曲线比较31-33
• 3.4 高温疲劳加载条件下两种铁素体不锈钢的断口形貌33-37
• 3.4.1 15CrNbTi铁素体不锈钢断口形貌观察34-35
• 3.4.2 15CrMoNbTi铁素体不锈钢断口形貌观察35-37
• 3.5 疲劳-蠕变交互作用加载条件下两种铁素体不锈钢的断口形貌37-42
• 3.5.1 15CrNbTi铁素体不锈钢断口形貌观察37-39
• 3.5.2 15CrMoNbTi铁素体不锈钢断口形貌观察39-42
• 第4章 讨论42-55
• 4.1 微观组织42-44
• 4.2 疲劳寿命行为44-45
• 4.3 疲劳-蠕变行为45-50
• 4.4 微观结构演化50-55
• 第5章 结论55-56
• 参考文献56-60
• 在学研究成果60-61
• 致谢61

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本文编号：553675