预变形与退火处理对复相钢CP800力学性能和疲劳行为的影响及机理探究

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以复相钢CP800制造的汽车底盘结构件如扭力梁,在其制造过程中存在的预拉伸、预弯曲变形以及退火处理对其服役过程的疲劳寿命具有重要影响,然而目前尚未有CP800复相钢在上述条件影响下疲劳行为的相关研究。首先,本文开展了预拉伸应变和退火处理对CP800复相钢疲劳寿命影响的实验研究。采用光学显微镜和扫描电镜对组织演变进行了研究,观察到了预拉伸应变引起的晶粒伸长和贝氏体与马氏体总比例的增加。通过开展拉伸试验发现,预拉伸应变导致的位错强化可以提高屈服强度和拉伸强度,但强化效果的预应变范围有限。在相同的应力幅值下,预拉伸应变对疲劳寿命有不利影响,而退火处理可以提高预应变试样的疲劳寿命。预拉伸应变和退火对疲劳寿命的影响可以归结为延伸率的主导作用和位错的钉扎效应。高水平预应变和退火处理的共同作用会导致CP800复相钢出现不同的疲劳行为,即循环硬化断裂。通过显微观察发现由表面缺陷和夹杂物引起的两种破坏模式,并在高预拉伸应变水平试样的裂纹扩展区和瞬断区分别观察到次生裂纹和准解理状断裂特征,表明其较差的塑性。此外,基于塑性应变能建立了疲劳寿命预测模型,可以较好地预测预拉伸应变和退火综合影响下CP800的疲劳寿命。其次,本文开展了预弯曲应变对CP800复相钢疲劳寿命影响的实验研究。通过对预弯曲过程进行理论分析,揭示预弯曲后残余应力分布情况变为相对复杂的拉-压-拉-压交替,其内表面(压缩层)呈现拉应力而外表面(拉伸层)呈现压应力。残余应力的特殊分布导致预弯曲后屈服应力降低。同时由于冷变形导致的材料硬化和位错强化效果致使其延伸率降低而抗拉强度增大。通过对预弯曲后对拉伸试验过程中材料的内外表面应变场观测和理论分析及实验验证,证实内表面由于存在拉伸残余应力而导致更大的塑性应变和损伤,并早于外表面断裂的发生。预弯曲明显的降低了CP800钢的疲劳寿命,且该效果随平均应力降低而更为显著。在相同应力条件下,预弯曲后的总应变幅值范围低于原板料,表明CP800经过预弯曲后,其抵抗宏观循环变形的能力有所提高,这与在单调变形中残余应力所导致的变形抗力降低不相同。此外,基于Basquin理论建立了无预弯曲及预弯曲试样的S-N曲线,并结合仿真疲劳实验结果验证了该疲劳寿命预测模型的准确性。本论文的研究为复相钢在工业应用中的构件服役寿命设计和预测提供了研究基础。
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