等徑角擠壓變形奧氏體不銹鋼的結(jié)構(gòu)演化和力學(xué)性能及應(yīng)用研究.pdf

1、等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal Channel Angular Pressing-ECAP)是制備塊體納米金屬材料的重要方法之一。不同層錯(cuò)能的金屬在ECAP過程中表現(xiàn)出不同的變形行為和力學(xué)特性。本論文以鑄態(tài)及鍛態(tài)二種304L奧氏體不銹鋼為試驗(yàn)材料，進(jìn)行了室溫、高溫的多道次的ECAP，并進(jìn)行了ECAP試樣的再結(jié)晶退火研究。深入分析和討論了ECAP過程中304L奧氏體不銹鋼的結(jié)構(gòu)演化、ECAP變形條件下的形變孿生行為及馬氏體相變；研究了ECAP

2、過程中力學(xué)性能變化及退火工藝對ECAP試樣的組織與性能影響以及回復(fù)與再結(jié)晶機(jī)制。 經(jīng)室溫8道次擠壓后，實(shí)現(xiàn)了奧氏體不銹鋼的組織納米化，得到兩種納米晶結(jié)構(gòu)：(1)α<'1>馬氏體納米晶，平均晶粒尺寸～74 nm；(2)γ奧氏體納米晶，平均晶粒尺寸～31 nm。馬氏體納米晶形成機(jī)制：(a)剪切帶對初始大晶粒的分割；(b)連續(xù)的應(yīng)變誘發(fā)γ→ε→α′和γ→α′馬氏體相變；(c)形成的馬氏體以位錯(cuò)細(xì)化機(jī)制分割晶粒；(d)形成隨機(jī)取向的納米

3、晶。奧氏體納米晶形成機(jī)制：(a)剪切帶對初始大晶粒的分割；(b)形成大量層錯(cuò)和形變孿晶，孿晶板條在隨后擠壓過程中斷裂或二次孿生而細(xì)化，以及奧氏體滑移帶相互交割而細(xì)化；(c)形成隨機(jī)取向的納米晶。 ECAP過程中產(chǎn)生的形變孿晶主要有二類：一類是孿生方向與剪切方向基本相同的大塊孿晶，孿生機(jī)制是極軸機(jī)制；另一類是與剪切方向有一定角度的、剪切帶內(nèi)和寬孿晶板條內(nèi)形成的帶狀孿晶。孿生變形主要發(fā)生在剪切帶及其交匯處，孿晶變形由剪切帶內(nèi)很高的應(yīng)

4、力集中所激發(fā)，是應(yīng)變局部化的結(jié)果。納米晶(≤100 nm)的孿生機(jī)制為晶界發(fā)射Shockley分位錯(cuò)機(jī)制，孿生形核于晶界，并通過相鄰{111}滑移面上連續(xù)發(fā)射Shockley分位錯(cuò)長大，帶寬(剪切帶和寬孿晶板條)≤300nm的孿生機(jī)制也可以是晶界發(fā)射機(jī)制。 γ→ε轉(zhuǎn)變以層錯(cuò)的無序疊加方式進(jìn)行，并與孿晶共生；馬氏體相變以γ→ε→α′和γ→α′二種方式進(jìn)行，ε屬于過渡相，在轉(zhuǎn)變過程中起中介作用。在γ→ε→α′轉(zhuǎn)變過程中，α′、ε和γ

5、之間保持取向關(guān)系：{111}<,γ>//{0001)<,ε>//{001})<,α>，<110><,γ>/<1120><,ε>//<111><,α′>。γ→α′轉(zhuǎn)變有兩種方式：應(yīng)力協(xié)助馬氏體轉(zhuǎn)變和應(yīng)變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變。應(yīng)力協(xié)助α′馬氏體傾向于在孿晶或ε馬氏體區(qū)形核，通過吞噬孿晶板條或ε片層長大；應(yīng)變誘發(fā)α′馬氏體形核于變形孿晶或ε馬氏體片層的相互交割處。兩種γ→α′轉(zhuǎn)變方式下，α′馬氏體與γ基體之間均保持K-S關(guān)系：{011}<,α>．/

6、/{111}<,γ>，<111><,α>．//<110><,γ>。采用ECAP+再結(jié)晶退火工藝，可以獲得超細(xì)組織的奧氏體不銹鋼(2～5um)。鑄態(tài)組織通過ECAP+高溫固溶工藝，可以獲得與鍛態(tài)相同的組織與性能，有可能實(shí)現(xiàn)鑄錠的開坯。 在退火過程中，低層錯(cuò)能的奧氏體不銹鋼可以發(fā)生多變化過程以及形成位錯(cuò)胞過程。亞晶的形成與長大：(a)形變帶→帶內(nèi)位錯(cuò)胞→亞晶；(b)形變帶→高密度位錯(cuò)形變帶界面→多邊化→位錯(cuò)墻→亞晶。亞晶以晶界凸出機(jī)