几种元素对高强度螺栓钢延迟断裂行为的影响.doc

硕士专业学位论文开题报告 Nb、Ni元素对高强度螺栓钢延迟断裂行为的影响 2017年9月  1 选题研究背景和意义 1 1.1 高强度螺栓发展概况 1 1.2 高强度螺栓钢的现状和发展动向 2 1.2.1 洁净螺栓钢 2 1.2.2 高强度螺栓用微合金非调质钢 3 1.2.3 高强度螺栓用硼钢 4 2 高强度钢的延迟断裂行为 5 2.1 延迟断裂的基本概念和特征 5 2.2 氢和高强度钢的延迟断裂行为 8 2.3氢陷阱 8 2.4 引起延迟断裂的氢 10 2. 延迟断裂的主要影响因素 10 2..1 钢中化学成分的影响 10 2..2微观组织的影响 11 2..3工艺因素的影响 11 2.5.4 提高耐延迟断裂性能的途径 12 2.影响延迟断裂的主要几个力学参量 12 3 微合金化元素Nb在高强度钢中的作用及应用情况 14 3.1 Nb元素在高强度钢中的作用机制 14 3.2 含Nb高强度钢的研究及应用情况 17 4 合金元素Ni在高强度钢中的作用及应用情况 18 4.1 Ni元素在高强度钢中的作用机制 18 4.2 Ni元素对高强度钢延迟断裂行为的研究情况 19 4.3 含Ni高强度钢的研究及应用情况 19 5 本论文研究思路及内容 21 5.1 研究目的和内容 21 5.2 研究方案 21 5. 进度安排 24 参考文献 25 1. 选题研究背景和意义 众所周知，紧固件在各类机械构件中起到的作用主要是联接、定位以及密封等作用，是一种用途极为广泛的机械基础零部件。其中螺栓在各类紧固件中用量最大，并且是机器制造中大量使用的基础类零件。随着工业水平的不断提升，要求各类机械设备以及土木建设设备向大型化发展，同时也不断地提升相关设备的功率、转速，所以螺栓类零部件的相关工作条件变得越来越苛刻，其承受的工作应力也有显著地提升，所以对螺栓用钢材提出了不断高强度化的要求，尤其是由于螺栓是机械结构件中的小尺寸部件，因而往往要承担很大的应力。因此，螺栓是高强度化要求很高的部件[1]。 根据强度的不同，螺栓可以分为普通螺栓和高强度螺栓。高强度螺栓与普通螺栓相比较它的主要优点是：可承载能力高、受力性好、耐疲劳、不松动、安全性高、可拆换等优点。根据GB/T 3098.1-2000《紧固件机械性能-螺栓、螺钉和螺柱》的规定，普通螺栓一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级；而高强度螺栓钢的强度水平可以分为8.8级、9.8 级、10.9级和12.9级等4个级别。各级别螺栓的力学性能见表1-1[]。一般所采用的材料为中碳钢与中碳合金钢，成品紧固件需要进行淬火+高温回火的调质处理。正是由于高强度螺栓的有着如此之多的优点，很多发达国家近年来都在针对高强度螺栓钢与高强度螺栓的性能进行大量的研究[]。 表1-1 高强度螺栓的力学性能指标[] 力学性能 螺栓等级 8.8 9.8 10.9 12.9 ≤M16 mm M16 mm 公称抗拉强度MPa) 800~980 830~980 900~1080 1040~1180 1220~1380 断面收缩率(%) 52 48 48 44 冲击吸收功(J) 30 25 20 15 洛氏硬度(HRC) 22~32 23~34 28~37 32~39 39~44 1.1 高强度螺栓发展概况 鉴于高强度螺栓所具有的诸多优势，几十年来的应用范围不断扩大，应用量不断增加。美国是世界上率先大规模采用高强度螺栓的国家之一。美国于1938 年就在桥梁维修中首次采用了高强度螺栓。同时，美国也在1947年成立了“铆钉连接和螺栓连接委员会”，该委员会在1951年制订了《高强度连接施工规范》，后来又做出了部分修改，并将一系列抗拉强度不同的螺栓归入到标准之中。日本早在1954年开始研究高强度螺栓，制定了一系列的相关标准和规范；在20世纪70年代初，在日本的施工工地大规模地使用高强度螺栓，用来代替铆钉连接，并有着良好的表现。我国目前的高强度螺栓连接技术相较国外技术而言起步明显较晚，但是最近几年发展势头迅猛。1968年南京长江大桥的纵横梁就是采用的高强度螺栓材料40B钢。20世纪80年代建设的宝钢一期工程，现场安装的连接件全部都是采用高强度螺栓，总用量高达200万套[。 而进入21世纪之后，随着国家经济建设的飞速发展，机械、航空航天、土木工程等各个领域也相应的得到了迅速发展，因此对作为紧固件、连接件的螺栓提出了轻型化和承受更高的设计应力能力的要求。而为了满足这样的要求，最可能的措施就是推进螺栓强度进一步朝着高强度的方向发展。因此世界各国均先后开始了12.9级以及更高强度的螺栓用钢研发[]。日本、韩国和我国分别投入巨资重点开发的“超级钢计划”、“高性能结构钢