18Ni250马氏体时效钢塑性流动特性及其结构关系

18Ni250具有高强度、高韧性和高抗应力腐蚀能力、热处理工艺简单、变形小、焊接性能优异等特点。本文对18Ni250钢在不同温度和应变率下的拉伸和压力性能进行了测试研究。压缩试验采用CSS4410电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆装置完成，温度范围为88K~573K，应变率为0.001/s~2000/s；拉伸试验在CSS4410电子万能试验机和直拉式Hopkinson拉杆装置上完成，温度范围为223K~343K，应变率为0.001/s~2000/s。在高温试验过程中，通过热电偶直接测量和监测样品表面的温度。压缩试验采用名义尺寸为①5×4mm的圆柱形试样，拉伸试验的试样为两端带螺纹的哑铃状试样，标准距段尺寸为①5×5mm。本文通过分析18Ni250钢的试验数据，探讨了钢的变形速率敏感性和温度敏感性；本文通过材料拉伸断裂后标距段的变形长度与钢材初始标距段的长度之比来定义钢材的工程失效应变，并给出了钢材在不同应变率、不同温度下的拉伸失效应变值，以及失效应变随温度和应变率的变化；借助试验数据，建立了基于塑性流动位错运动关系的物理概念本构模型和-C半经验本构模型，给出了相应的模型参数，比较了模型拟合结果和试验数据，并对两种模型进行了比较分析。实验结果分析表明，

(1)在指定应变的流动应力-应变率曲线中，在不同温度下，随着加载应变率的增加，流动应力略有增加，但变化趋势不明显，表现为应变率不敏感；在指定应变的流动应力-温度曲线中，在高应变率下，随着温度的升高，钢的流动应力明显降低，而在低应变率下，随着温度的变化，流动应力不明显。与流动应力对应变率的敏感性相比，钢的温度敏感性更强。

(2)在0.001/s和0.1/s的应变率下，钢的拉伸失效应变分别在37%~45%和37%~41%之间，随温度变化不明显；2000/s应变率时，钢的失效应变明显低于低应变率，失效应变在25%~37%之间，随温度变化不明显。在固定温度下，随着加载应变率的增加，钢的拉伸失效应变呈下降趋势，下降趋势约为15%；在低应变率下，随着温度的增加，失效应变变化不超过8%，而在2000/s应变率的动态冲击载荷下，失效应变随着温度的增加而明显增加，应变变化幅值超过10%。

本文针对压缩试验数据，得到了18Ni250钢塑性流动物理概念本构模型与经典J-C模型的模型参数，通过与实验数据的对比，发现两种模型在较宽的温度和应变率范围内可以更好地预测18Ni250钢的塑性流动特性，但物理概念模型在预测高应变率塑性流动方面更具优势，而物理概念模型在低应变率下与J-C模型的拟合效果相当。