深冷后SMAT對(duì)AISI301不銹鋼顯微組織與力學(xué)性能的影響.pdf

1、本文以普通商業(yè)軋制態(tài)下的AISI301不銹鋼為研究對(duì)象，以提高材料綜合機(jī)械性能為目的，采用深冷處理(CT)技術(shù)作為前置工藝和表面機(jī)械研磨處理(SMAT)作為手段，通過(guò)金相顯微鏡、X-射線衍射儀(XRD，X-Ray Diffraction)、掃描電子顯微鏡(SEM，Scanning Electron Microscope)和透射電子顯微鏡(TEM， Transmission Electron Microscope)，分別表征深冷處理和SM

2、AT對(duì)AISI301不銹鋼顯微組織結(jié)構(gòu)的影響，測(cè)試和分析AISI301不銹鋼在不同處理和不同時(shí)間后的力學(xué)性能差異，此外，還對(duì)深冷處理AISI301不銹鋼對(duì)其性能的影響進(jìn)行了分析，在深冷后梯度納米結(jié)構(gòu)化的機(jī)理進(jìn)行了針對(duì)性的研究。
　　具體研究結(jié)論如下：
　　(1)運(yùn)用深冷技術(shù)處理AISI301不銹鋼，其顯微組織由殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同時(shí)包括拉伸性能、應(yīng)變硬化性能、斷裂功等機(jī)械綜合性能方面獲得了不同程度的提升。具體內(nèi)容是：經(jīng)

3、深冷處理24h后未發(fā)現(xiàn)原始態(tài)下的板束狀或針尖狀的馬氏體和大小十分不均的晶粒，組織均勻化和馬氏體化使XRD衍射圖譜中的馬氏體每個(gè)衍射峰均加強(qiáng)，而奧氏體形態(tài)發(fā)生變化導(dǎo)致其衍射峰中既有增強(qiáng)也有減弱，在深冷處理7d以后，其組織發(fā)生了更加嚴(yán)重的馬氏體滑移。深冷處理后，組織更加均勻，馬氏體的含量增加使拉伸性能、應(yīng)變硬化性能、斷裂功方面有所提升，但深冷24h和深冷7d的差異并不大。平均顯微硬度由267HV分別提升至321HV(120％)和343HV(

4、128%)，屈服強(qiáng)度由251MPa提高至475.7MPa(189%)，抗拉強(qiáng)度由1166MPa提高至1332.5MPa(114%)，斷裂功由34315KJ/m3提升至39651KJ/m3，但延伸率從43%降低到35.6%。
　　(2)運(yùn)用SMAT技術(shù)處理深冷24h后的AISI301不銹鋼，劇烈塑性變形使其在板材試樣厚度方向形成了梯度納米結(jié)構(gòu)和馬氏體梯度，且機(jī)械綜合性能隨著SMAT處理時(shí)間的延長(zhǎng)提升。具體內(nèi)容是：表層馬氏體碎化程度最

5、為嚴(yán)重，且塑性變形程度隨厚度方向而逐漸減小，雙側(cè)變形層厚度約為400μm，從XRD數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)表層奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變程度隨 SMAT處理時(shí)間的延長(zhǎng)加深，在進(jìn)行15min和30min的SMAT處理后，馬氏體體積分?jǐn)?shù)分別為52%和45%。力學(xué)性能方面，顯微硬度分布在SMAT處理后呈“V”形，在SMAT15min后硬度不再提升，最終 AISI301不銹鋼試樣表面和芯部的平均硬度分別由270HV提升至571HV和410HV，其幅度為111.4%和

6、51.8%。其屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度均隨被處理時(shí)間延長(zhǎng)而提高，SMAT處理30min后，屈服強(qiáng)度251MPa提升了704MPa(280%)和抗拉強(qiáng)度有1166MPa提升了426MPa(36%)，相應(yīng)的延伸率有所下降。深冷處理24h后，加工硬化的第III階段中隨SMAT處理時(shí)間延長(zhǎng)提高加工硬化率。芯部區(qū)域因其泊松比更低，以致其粗晶層實(shí)際上已經(jīng)在這種不兼容的狀態(tài)下發(fā)生了均勻的塑性變形，最終導(dǎo)致第IV階段的加工硬化率在此時(shí)反而降低。在斷裂方面，經(jīng)

7、SMAT處理后因強(qiáng)度提升而喪失部分?jǐn)嗔秧g性，斷裂功由34315KJ/m3降低至24273KJ/m3，斷裂機(jī)制由韌性斷裂→準(zhǔn)解理斷裂→解理斷裂。
　　(3)確定了24h作為SMAT前置工藝—深冷處理的時(shí)間參數(shù)以減少因強(qiáng)度提高導(dǎo)致塑性的喪失，再采用SMAT技術(shù)處理深冷后的AISI301不銹鋼形成梯度納米結(jié)構(gòu)，芯部的粗晶層和梯度納米層相互制約，從而獲得了更好的強(qiáng)度-塑性配比。其主要原因是：(1) AISI301不銹鋼深冷處理24h后的顯