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压力容器用钢单轴拉伸过程中显微结构与磁畴研究

作　者: 张登宇
导　师: 徐学东
学　校: 北京工业大学
专　业: 材料学
关键词: 压力容器用钢单轴拉伸背散射电子衍射磁畴
分类号: TG115.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

通过电子显微分析、Bitter粉纹图法对典型压力容器用钢(Q235、16MnR)在单轴拉伸过程中的晶体学取向以及磁畴进行研究,分析在不同应变条件下应力与晶体学取向、磁畴取向的内在关系。通过控制反应温度,油酸包覆量、磁悬液浓度等参数获得了能够显示碳钢磁畴的磁悬液,并以此获得清晰的磁畴图像。用晶粒平均取向差(Grain average misorientation,GAM)表征了样品应变程度,结果显示不同应变状态下GAM的变化趋势与拉伸的三个阶段非常吻合。GAM在屈服点附近有极大值(Q235)或在某一数值附近上下波动(16MnR),而在强化点附近有极小值,强化阶段的GAM值基本随应变的增加而线性增加,说明能够用GAM定性表征材料的变形程度。同时也证明了在弹性阶段变形以晶粒内部转动为主,屈服阶段晶粒转动量下降,变形的主要方式是滑移,晶粒的转动下降为次要方式。对若干晶粒进行了不同应变下的转动量的统计,结果显示不同变形阶段晶粒的转动幅度不一样,同时也从数据上支持了关于晶粒平均取向差研究得出的拉伸过程中不同阶段的变形机理。晶粒的转动表现为屈服点之前转动量较大,而屈服开始后转动量下降,接近强化点1.0%应变时转动量最小。通过晶粒取向图精确确定各晶粒的取向后,为所选取晶粒的每个可能的滑移系计算schmid因子值,根据schmid定律,判断了滑移系的启动及其在变形过程中的变化情况。通过Bitter粉纹图法获得了Q235和16MnR的磁畴形貌,分析了不同应变阶段磁畴取向的变化特点以及应力能和磁晶各向异性能在拉伸过程中对磁畴取向的决定作用。分析了磁畴取向与应力方向之间的角度以及磁畴取向与易磁化方向之间的角度关系。在应变达到一定程度后,磁畴和应力夹角稳定在45°左右,证实磁畴取向实现定向分布。随着应变量的增加,磁畴与易磁化方向[001]夹角趋于稳定在45°和0°。所有晶粒的磁畴并不是同时转动,不同取向的磁畴对应力的敏感程度不一样。在拉伸过程中尤其是在弹性阶段和屈服初期磁畴取向在原始取向和应力方向之间反复波动,说明材料中应力能和磁晶各向异性能二者相对能量高低决定了磁畴取向,当应力能占主导地位时磁畴的取向趋近应力方向,而当应力能下降,磁晶各向异性能占主导地位时磁畴的取向偏离应力方向,而趋近晶体取向决定的磁畴方向。最后,根据实验结论并结合铁磁学基本理论,解释了磁记忆测试曲线的过零、曲线斜率的变化以及与应力集中效应。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 磁记忆无损检测概述  11-12
    1.2.1 金属磁记忆无损检测技术的原理  11
    1.2.2 国内外金属磁记忆无损检测研究现状  11-12
  1.3 磁畴和磁畴观察  12-14
    1.3.1 铁磁性相关理论  12-13
    1.3.2 铁磁材料的畴结构  13-14
    1.3.3 磁畴观察方法  14
  1.4 电子背散射衍射技术简介  14-18
    1.4.1 电子背散射衍射技术的工作原理  15-16
    1.4.2 电子背散射衍射技术的应用  16-18
  1.5 本课题研究内容  18-20
第2章研究方案与实验方法  20-26
  2.1 实验材料  20
  2.2 研究方案  20-21
  2.3 实验方法  21-25
    2.3.1 样品制备  21-22
    2.3.2 Bitter 粉纹法试验及磁悬液的制备及表征  22-24
    2.3.3 准原位单轴拉伸EBSD 试验  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章准原位拉伸EBSD 和磁畴结构  26-40
  3.1 退火态Q235 钢EBSD 和磁畴结构  27-31
  3.2 热轧态Q235 钢EBSD 和磁畴结构  31-33
  3.3 退火态16MnR 钢EBSD 和磁畴结构  33-36
  3.4 热轧态16MnR 钢EBSD 和磁畴结构  36-38
  3.5 本章小结  38-40
第4章单轴拉伸过程中组织与磁畴的变化规律  40-68
  4.1 表面形貌的变化  40-41
  4.2 取向及取向差的变化  41-53
    4.2.1 晶粒平均取向差表征样品应变程度  42-50
    4.2.2 晶粒取向转动变化  50-52
    4.2.3 滑移系启动的判别  52-53
  4.3 晶界分布变化的统计规律  53-55
  4.4 各应变点的磁畴形貌和取向特征  55-64
    4.4.1 退火态Q235 在无应变时的磁畴形貌和取向特征  55-57
    4.4.2 退火态Q235 单轴拉伸各应变点磁畴的形貌和取向变化  57-59
    4.4.3 退火态Q235 磁畴取向与应力及易磁化方向的角度关系  59-61
    4.4.4 其他样品不同应变状态的磁畴结构  61-64
  4.5 磁记忆测试曲线的三个基本问题解释  64-66
  4.6 本章小结  66-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

压力容器用钢单轴拉伸过程中显微结构与磁畴研究

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