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摘要 本文進(jìn)行了有關(guān)鋼在馬氏體淬火過程中應(yīng)力與相變相互作用的實(shí)驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上提出了一種預(yù)測(cè)鋼的馬氏體淬火殘余應(yīng)力的較完整的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)實(shí)測(cè)的材料參數(shù)用有限元方法對(duì)26Cr2Ni4MoV鋼圓筒形試件的淬火過程進(jìn)行了計(jì)算分析，著重考察了相變塑性和應(yīng)力誘導(dǎo)相變對(duì)殘余應(yīng)力形成的影響。結(jié)果表明梳毙，由本模型給出的殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合較好吃会，而不考慮相變塑性的模型實(shí)際上是不適用的旦珊，忽略應(yīng)力誘導(dǎo)相變則傾向于在較大程度上低估淬火后的殘余應(yīng)力拙位。
關(guān)鍵詞 馬氏體淬火殘余應(yīng)力 相變塑性應(yīng)力誘導(dǎo)相變 數(shù)值模擬
1 前言
    鋼在淬火過程中存在極為復(fù)雜的溫度哼股、相變、應(yīng)力/應(yīng)變相互作用属胖，在此方面已有許多報(bào)道^[1]荧肴。如圖1所示，在淬火過程中莲疤，溫度造成熱應(yīng)力并影響材料的力學(xué)參數(shù)（彈性模量恃定、泊松比、屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化率等）砍机，從而影響材料的力學(xué)行為寞殿。應(yīng)力/應(yīng)變則以變形熱的形式反過來影響溫度的變化。隨著溫度的降低铭莱，在達(dá)到相變條件后將發(fā)生相變骡尽。溫度是決定相變的因素之一，但其本身又受著相變潛熱的影響尉尾。內(nèi)應(yīng)力的存在爆阶，可通過一種通常稱為應(yīng)力誘導(dǎo)相變的機(jī)制而影響相變的進(jìn)程。在相變過程中沙咏，各組成相的比容差異將造成相變應(yīng)力辨图，同時(shí)由于材料的絕大多數(shù)參數(shù)除了依賴于溫度實(shí)際上也依賴于相態(tài)，因此肢藐，相變也會(huì)對(duì)材料的力學(xué)行為產(chǎn)生影響故河。此外，在有內(nèi)應(yīng)力存在時(shí)相變過程中還會(huì)伴隨一種“反尺罕�！钡乃苄孕袨橛愕模�即材料在應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度的情況下就可以發(fā)生不可逆變形的現(xiàn)象，稱為相變塑性痘煤。

完整的數(shù)值計(jì)算模型包括上述相互作用的各個(gè)方面凑阶，但由于淬火過程中變形熱的影響很小，所以幾乎所有研究者都忽略了該因素的影響衷快。在其余的相互作用中宙橱，就目前所研究到的現(xiàn)象或機(jī)制來看，除了相變塑性和應(yīng)力誘導(dǎo)相變外贬市，在數(shù)值模擬方面均已比較成熟版掘。數(shù)值模擬技術(shù)要求在可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，即要求較準(zhǔn)確的定量化劈警。從這個(gè)角度看昔疆，目前對(duì)于相變塑性和應(yīng)力誘導(dǎo)相變的研究蚌汁，不論是在數(shù)據(jù)積累、數(shù)學(xué)模型的建立谤郑，還是在測(cè)試方法乃至機(jī)理方面鲸嫁，都是不成熟的。本文基于這些考慮拯耿，著重進(jìn)行了有關(guān)應(yīng)力與相變相互作用的實(shí)驗(yàn)研究贪类，并在此基礎(chǔ)上提出了一種預(yù)測(cè)鋼的馬氏體淬火殘余應(yīng)力的較完整的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)該模型射粹，用有限元方法對(duì)26Cr2Ni4MoV鋼圓筒形試件的馬氏體淬火過程進(jìn)行了計(jì)算暑尝。重點(diǎn)考察了相變塑性和應(yīng)力誘導(dǎo)相變對(duì)殘余應(yīng)力形成的影響，并驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的適用性和準(zhǔn)確性雅镊。
2 應(yīng)力與相變相互作用的實(shí)驗(yàn)研究
    我們對(duì)26Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼在淬火過程中的應(yīng)力與相變相互作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究襟雷，主要目的是實(shí)測(cè)應(yīng)力對(duì)相變動(dòng)力學(xué)的影響和相變塑性規(guī)律，同時(shí)也可以獲取數(shù)值模擬過程中所需的其它一些參數(shù)仁烹，如溫度膨脹系數(shù)耸弄、組織轉(zhuǎn)變膨脹系數(shù)等。
    實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)冷卻方式卓缰，在Gleeble-1500熱-力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行计呈。試樣為φ10×130標(biāo)準(zhǔn)試樣，在其中部焊有CrNi-CrSi熱電偶以測(cè)量和控制溫度征唬，同時(shí)在該部位放置高溫夾式引伸計(jì)捌显。實(shí)驗(yàn)時(shí)抽真空至5×10^-4乇后，將試樣加熱至860℃总寒，保溫10min以充分奧氏體化扶歪。對(duì)加載實(shí)驗(yàn)，隨后以15℃/s急冷至Ms點(diǎn)（本鋼約為325℃）以上50～80℃摄闸，接著在5s內(nèi)加到所需的單軸應(yīng)力水平善镰。然后將冷速改為4℃/s，并一直保持該載荷和冷速至室溫蟹故。整個(gè)過程中用自動(dòng)記錄儀記錄試樣直徑變化與時(shí)間的關(guān)系曲線措瑞。應(yīng)力水平取0MPa、±60MPa逾丑、±120MPa和±180MPa虹喉，均低于材料400℃時(shí)的奧氏體屈服極限（約200MPa），以便于相變塑性研究姥仍。
    實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中均采用最常用的關(guān)系式。對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變比摆，在沒有應(yīng)力作用時(shí)傻牙，通常采用如下所示的Koistinen-Marburger公式

式中  ξ_M——為馬氏體體積分?jǐn)?shù)