摘要
低活化马氏体钢因其几何尺寸稳定性良好、辐照肿胀率和热膨胀系数较低、热导率较高、力学性能优异，被认为是未来聚变示范堆和动力堆首选的包层结构材料。大塑性变形技术作为提高材料综合性能的有效方法之一，将其运用至低活化马氏体钢中以获得超细晶组织，从而提高材料的服役性能，使之在聚变堆恶劣的工作环境中，有效延长使用寿命。为实现材料在塑性变形过程中组织与性能的精准控制，通常采用仿真研究方法进行工艺参数的最优化选择，其中首要任务是建立可靠的本构模型。对于目标研究材料而言，由于其塑性较低限制了室温成形能力，因此通常采用高温成形；在热变形过程中，相变温度区间较小使相组成易于发生改变，进而影响塑性流变行为。为此，本文在考虑相组成的前提下，建立了低活化马氏体钢的统一本构方程，主要研究内容及结果如下： 开展了低活化马氏体钢在温度为600~950℃、应变速率为0.001~1s-1条件下的热压缩模拟实验，获得了各变形条件下的流变曲线，研究了塑性流变行为以及热变形参数对力学响应的影响。实验材料在高温（850~950℃）高应变速率（1s-1）条件下，流变应力达到峰值之后趋于恒定，而在低温（600~800℃）、高温低应变速率（0.001~0.1s-1）条件下，流变应力达到峰值之后出现了不同程度的降低。在同一应变速率下，实验材料的峰值应力基本随温度升高而降低，并且低温区（600~800℃）与高温区（900~950℃）的稳态应力也呈现与之相同的变化趋势，然而临界区（850℃）的稳态应力出现了反常现象，即850℃的稳态应力大于800℃。在同一变形温度下，实验材料的峰值应力与稳态应力均随应变速率增加而增大。 对低活化马氏体钢热压缩变形组织与同温淬火组织进行了表征，通过分析不同淬火温度下的显微组织得到了变形前组织的相组成，通过对比分析变形组织与淬火组织揭示了微观变形机制，并分析了热变形参数对微观组织演变行为的影响。实验材料在600~800℃范围内为铁素体单相，在850℃时铁素体相与奥氏体相共同存在，在900~950℃范围内为奥氏体单相。在所有研究条件下，实验材料均发生了动态再结晶软化过程，只是进行程度有所不同：在低温区发生铁素体的部分动态再结晶；在临界区同时发生铁素体与奥氏体的部分动态再结晶，并且铁素体的动态再结晶特征更为明显；在高温区发生奥氏体的部分或完全动态再结晶。动态再结晶的进行程度随变形温度升高和应变速率降低而提高，同时再结晶体积分数和晶粒尺寸也随之增大。 首先，基于低活化马氏体钢在热变形过程中的微观组织演化机制及宏观变形参数对力学行为的影响建立了单相本构方程；然后，引入应变补偿的修正系数W对等应变混合物定律进行修正，从而建立了适用于临界区双相热变形的本构方程；最后，基于不同温度范围的相组成提出了一个统一的本构方程来反映各阶段的流动特性。通过对比分析各变形条件下的模型预测应力与实验应力，验证了模型的可靠性。
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