18Ni250馬氏體時效鋼塑性流動特性及其結構關系

18Ni250具有高強度、高韌性和高抗應力腐蝕能力、熱處理工藝簡單、變形小、焊接性能優異等特點。本文對18Ni250鋼在不同溫度和應變率下的拉伸和壓力性能進行了測試研究。壓縮試驗采用CSS4410電子萬能試驗機和分離式Hopkinson壓桿裝置完成，溫度范圍為88K~573K，應變率為0.001/s~2000/s；拉伸試驗在CSS4410電子萬能試驗機和直拉式Hopkinson拉桿裝置上完成，溫度范圍為223K~343K，應變率為0.001/s~2000/s。在高溫試驗過程中，通過熱電偶直接測量和監測樣品表面的溫度。壓縮試驗采用名義尺寸為①5×4mm的圓柱形試樣，拉伸試驗的試樣為兩端帶螺紋的啞鈴狀試樣，標準距段尺寸為①5×5mm。本文通過分析18Ni250鋼的試驗數據，探討了鋼的變形速率敏感性和溫度敏感性；本文通過材料拉伸斷裂后標距段的變形長度與鋼材初始標距段的長度之比來定義鋼材的工程失效應變，并給出了鋼材在不同應變率、不同溫度下的拉伸失效應變值，以及失效應變隨溫度和應變率的變化；借助試驗數據，建立了基于塑性流動位錯運動關系的物理概念本構模型和-C半經驗本構模型，給出了相應的模型參數，比較了模型擬合結果和試驗數據，并對兩種模型進行了比較分析。實驗結果分析表明，

(1)在指定應變的流動應力-應變率曲線中，在不同溫度下，隨著加載應變率的增加，流動應力略有增加，但變化趨勢不明顯，表現為應變率不敏感；在指定應變的流動應力-溫度曲線中，在高應變率下，隨著溫度的升高，鋼的流動應力明顯降低，而在低應變率下，隨著溫度的變化，流動應力不明顯。與流動應力對應變率的敏感性相比，鋼的溫度敏感性更強。

(2)在0.001/s和0.1/s的應變率下，鋼的拉伸失效應變分別在37%~45%和37%~41%之間，隨溫度變化不明顯；2000/s應變率時，鋼的失效應變明顯低于低應變率，失效應變在25%~37%之間，隨溫度變化不明顯。在固定溫度下，隨著加載應變率的增加，鋼的拉伸失效應變呈下降趨勢，下降趨勢約為15%；在低應變率下，隨著溫度的增加，失效應變變化不超過8%，而在2000/s應變率的動態沖擊載荷下，失效應變隨著溫度的增加而明顯增加，應變變化幅值超過10%。

本文針對壓縮試驗數據，得到了18Ni250鋼塑性流動物理概念本構模型與經典J-C模型的模型參數，通過與實驗數據的對比，發現兩種模型在較寬的溫度和應變率范圍內可以更好地預測18Ni250鋼的塑性流動特性，但物理概念模型在預測高應變率塑性流動方面更具優勢，而物理概念模型在低應變率下與J-C模型的擬合效果相當。