压缩载荷下夹杂物对低密度钢应力场的影响

作者:郭帅; 朱航宇; 周杰; 董帅; 梁印
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非金属夹杂物在加工过程中往往容易出现裂纹萌生和扩展。为了阐明典型非金属夹杂物对低密度钢性能的影响,利用Abaqus-有限元软件,分析了典型Al2O3、MNS、AlN和TiN单一夹杂物、Al2O3-AlN和AlN-MnS复合夹杂物以及附近低密度钢基体的应力场,分析了类型、尺寸、温度和温度对低密度钢性能的影响,研究了非金属夹杂物应力场的方向和分布。结果表明,非金属夹杂物的变形能力、形状和尺寸对低密度钢的应力场分布有显著影响。夹杂物及其附近钢基体的最大应力值从大到小依次为TiN、AlN、Al2O3和MnS。夹杂物尺寸越大,应力场范围和最大应力值越大。夹杂物长轴与载荷之间的夹角将改变裂纹萌生位置和扩展方向。TiN和AlN的夹杂物尖角在荷载方向时,可以减轻夹杂物引起的裂纹。此外,团聚夹杂物容易引起应力集中。夹杂物间距越小,应力富集程度越大。对于复合包裹体,Al2O3-AlN境内的Al2O3包裹体会阻碍复合包裹体的变形,导致应力值增加,增加AlN包裹体的危害性,而AlN境外的MnS-MnS复合包裹体可以适度缓解AlN境内尖角造成的应力集中,降低AlN包裹体的危害性。因此,在冶炼过程中,应尽可能控制脆性夹杂物的数量和大小,避免形成团聚体AlN夹杂物,通过工艺控制硫化物将AlN夹杂物完全包裹,可以减少夹杂物对低密度钢的危害。