低層錯(cuò)能奧氏體鋼的變形硬化特點(diǎn).docx_第1頁
低層錯(cuò)能奧氏體鋼的變形硬化特點(diǎn).docx_第2頁
低層錯(cuò)能奧氏體鋼的變形硬化特點(diǎn).docx_第3頁
低層錯(cuò)能奧氏體鋼的變形硬化特點(diǎn).docx_第4頁
低層錯(cuò)能奧氏體鋼的變形硬化特點(diǎn).docx_第5頁
免費(fèi)預(yù)覽已結(jié)束,剩余1頁可下載查看

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

低層錯(cuò)能奧氏體鋼的變形硬化特點(diǎn) 來源:材料工程1999 作者: 發(fā)表時(shí)間:2009-12-09 09:39:16 材料工程1999 亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體不銹鋼和TRIP鋼在低溫下拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線硬化階段呈S形1,2,應(yīng)力應(yīng)變曲線一部分出現(xiàn)上凹特征,其產(chǎn)生的原因與存在應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)高錳鋼的低溫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線也存在S形特征,早期認(rèn)為系應(yīng)變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變所致,但通過X射線衍射、透射電鏡觀察研究發(fā)現(xiàn),高錳鋼在變形過程中并沒有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體產(chǎn)生,只有層錯(cuò)、孿晶出現(xiàn)3,4。對(duì)于高錳鋼的S形曲線是如何產(chǎn)生的,目前還沒有很好的解釋。本文針對(duì)兩類材料硬化特征的相似性,提出硬化特征系基體硬化、(相變、孿生)行為軟化及(新相馬氏體、孿晶)結(jié)構(gòu)硬化共同作用的結(jié)果。由于兩類材料均有高的硬化率、且有強(qiáng)度高、塑性好的特點(diǎn),因此搞清楚其變形硬化機(jī)理對(duì)設(shè)計(jì)高強(qiáng)度、高塑性鋼具有指導(dǎo)意義。1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料為真空熔煉得到的奧氏體不銹鋼,化學(xué)成分(wt%)為C0.19,Mn2.30,Si1.01,Cr17.46,Ni7.42,Fe余。將熔煉制得的10kg鋼錠,鍛造軋制成12mm的棒材,然后加工成5mm25mm的比例試樣。試樣經(jīng)1130,10min固溶處理淬入水中,獲得單一奧氏體組織。實(shí)驗(yàn)在INSTRON 1341試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。應(yīng)變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變量用D/max-3A型X射線衍射儀測(cè)量,為消除制樣時(shí)切割、機(jī)械磨光對(duì)測(cè)量的影響,磨光后試樣需電解拋光。采用JEM-200CX透射電鏡進(jìn)行組織觀察與分析。高錳鋼的成分(wt%)為C1.13,Mn13.14。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1不銹鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線特點(diǎn)不銹鋼-196低溫拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1,在彈塑性變形區(qū)出現(xiàn)緩和的應(yīng)力峰值(ph,ph),峰值過后是應(yīng)力跌落及應(yīng)力平臺(tái),應(yīng)力平臺(tái)結(jié)束后是硬化率很高的硬化曲線,且呈S形,不同于穩(wěn)定態(tài)材料(退火態(tài)低碳鋼)冪乘拋物線形。真應(yīng)力-應(yīng)變曲線的硬化階段早期出現(xiàn)上凹特征,如圖2。上凹部分后的曲線用=k+b直線逼近,其相關(guān)系數(shù)在0.99以上。圖 1奧氏體不銹鋼工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(-196)Fig.1The engineering stress-strain curve ofaustenitic stainless steel(-196)圖 2奧氏體不銹鋼硬化階段工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.2The true stress-strain curve ofaustenitic stainless steel將工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線上每隔1.5%的應(yīng)變區(qū)間,利用Hollomon關(guān)系=kn 求得硬化指數(shù)n,發(fā)現(xiàn)n不是常數(shù)而是隨應(yīng)變的增大呈拋物線形變化,如圖3。這些特點(diǎn)都與應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變有關(guān)。圖 3不銹鋼的硬化指數(shù)n與真應(yīng)變的關(guān)系Fig.3The relationship between hardeningexponent and true strain2.2應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變與硬化特征變形早期彈塑性區(qū)可認(rèn)為是奧氏體產(chǎn)生的形變硬化,分析已經(jīng)證明:ph之前沒有馬氏體產(chǎn)生,ph之后產(chǎn)生了馬氏體。正是產(chǎn)生了應(yīng)變誘發(fā)馬氏體消耗了部分應(yīng)變能才造成了應(yīng)力跌落及應(yīng)力平臺(tái)1。如果沒有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變,奧氏體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)為拋物線形,遵循=kn 的關(guān)系式,如圖4中曲線2;但由于應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變消耗了部分應(yīng)變能,致使曲線下降,如圖4中曲線1。兩者的應(yīng)力差值就是由于相變軟化造成的(當(dāng)然還有新相馬氏體結(jié)構(gòu)硬化的貢獻(xiàn))。-的關(guān)系如圖5,隨著應(yīng)變量的增加,應(yīng)力差值增加,在應(yīng)力平臺(tái)階段達(dá)到最大,然后又降低。馬氏體量隨著應(yīng)變量的增加而增加,說明隨著馬氏體量的增加相變軟化作用在增強(qiáng),當(dāng)馬氏體達(dá)到一定布局后,結(jié)構(gòu)硬化開始起主導(dǎo)作用,即應(yīng)力差值反而減小。由此可將應(yīng)力-應(yīng)變曲線組成分為三部分即,=mh+ps +sh, 式中ps為實(shí)際應(yīng)力,mh為基體硬化,ps為相變軟化,sh為結(jié)構(gòu)硬化。作者按此設(shè)想用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬,初步結(jié)果顯示按三部分合成S形曲線的合理性。顯然,相變軟化及結(jié)構(gòu)硬化都與馬氏體體積分?jǐn)?shù)有關(guān),這方面的定量關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。圖 4應(yīng)力差值的示意圖Fig.4Schematic of 圖 5真應(yīng)力差值與真應(yīng)變的關(guān)系Fig.5The relationship between and true strain2.3高錳鋼變形硬化特點(diǎn)高錳鋼的形變硬化,過去一直認(rèn)為是在變形過程中產(chǎn)生了應(yīng)變誘發(fā)馬氏體,直到1962年White等用X射線衍射方法(XRD)分析證實(shí),高錳鋼在室溫到-196變形都不會(huì)出現(xiàn)馬氏體3。Dastur4等及劉軍海5用透射電鏡仔細(xì)分析了變形后的組織,發(fā)現(xiàn)只有層錯(cuò)與孿晶。這樣的結(jié)果說明硬化特征與層錯(cuò)、孿晶有關(guān),而與應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變無關(guān)。高錳鋼在-80-40的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線硬化階段的早期也為上凹形5,與奧氏體不銹鋼的曲線相似。對(duì)曲線接近直線部分用=k+b逼近,其相關(guān)系數(shù)在0.99以上。據(jù)此相似性,我們認(rèn)為孿生變形具有類似于相變誘發(fā)塑性的特性,孿生變形行為本身可提供軟化效應(yīng),稱作孿生誘發(fā)塑性。一般認(rèn)為孿晶是脆性特征,但在這里孿生行為對(duì)塑性是有貢獻(xiàn)的,而孿晶結(jié)構(gòu)卻具有硬化效應(yīng)。兩種效應(yīng)的結(jié)合當(dāng)孿生軟化主導(dǎo)時(shí)曲線具有上凹特征。同理孿生變形行為軟化效應(yīng)及孿晶結(jié)構(gòu)硬化效應(yīng)也與孿晶體積分?jǐn)?shù)有關(guān),應(yīng)力-應(yīng)變曲線也可由三部分組成,即基體硬化、孿生行為軟化及孿晶結(jié)構(gòu)硬化。2.4兩類低層錯(cuò)能奧氏體鋼變形、硬化的相似性及不同點(diǎn)2.4.1相似性不銹鋼和高錳鋼的相似性表現(xiàn)為:兩者的層錯(cuò)能低,高錳鋼的層錯(cuò)能室溫時(shí)約為50mJ/m24,本研究用的不銹鋼利用Schramm6經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,層錯(cuò)能=-53+6.2Ni%+0.7Cr%+3.2Mn%+9.3Mo%,計(jì)算的為12mJ/m2,這屬于低層錯(cuò)能材料,溫度越低層錯(cuò)能越?。坏蛯渝e(cuò)能材料的變形易出現(xiàn)孿晶,實(shí)驗(yàn)證明兩種材料在低溫下都產(chǎn)生了孿晶、層錯(cuò),見圖6及文獻(xiàn)5;真應(yīng)力應(yīng)變曲線早期具有上凹特征,然后是接近于直線=k+b的關(guān)系;不管是應(yīng)變誘發(fā)馬氏體還是孿晶結(jié)構(gòu)都具有“網(wǎng)欄”狀結(jié)構(gòu),見圖7及文獻(xiàn)5,這樣的結(jié)構(gòu)具有高的硬化率及硬化指數(shù);馬氏體體積分?jǐn)?shù)2 及孿晶體積分?jǐn)?shù)7與應(yīng)變的關(guān)系曲線形狀均為S形。正是這些特點(diǎn)的相似性才導(dǎo)致了兩者變形硬化特征的相似性。圖 6不銹鋼變形中出現(xiàn)的孿晶層錯(cuò),=2%Fig.6Stacking faults and twin formed duringdeformation of stainless steel, =2%圖 7馬氏體網(wǎng)籃狀結(jié)構(gòu)的TEM形貌,=21%Fig.7TEM morphology of net structure ofmartensite, =21%2.4.2不同點(diǎn)首先奧氏體不銹鋼在-196變形后發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變,而高錳鋼則沒有相變。其次由于孿生軟化與相變軟化的共同作用,奧氏體不銹鋼變形到一定階段出現(xiàn)軟化與硬化的動(dòng)態(tài)平衡,表現(xiàn)為應(yīng)力平臺(tái)現(xiàn)象;而高錳鋼則雖有孿生軟化,但很快被硬化作用所抵消,故沒有出現(xiàn)明顯的應(yīng)力平臺(tái)現(xiàn)象,但相變或?qū)\生的軟化作用使得曲線具有上凹特征。另一方面說明奧氏體的穩(wěn)定性不同,奧氏體不銹鋼在變形早期也出現(xiàn)孿晶、層錯(cuò),但緊接著就形成馬氏體或馬氏體,奧氏體的穩(wěn)定性在-196較差;而高錳鋼即使在-196形變也不發(fā)生馬氏體相變,只出現(xiàn)孿晶、層錯(cuò),表明奧氏體的穩(wěn)定性很高。朱瑞富等認(rèn)為高錳鋼的高穩(wěn)定性源于Fe-Mn-C原子團(tuán)中的C-Mn間的強(qiáng)鍵絡(luò)8。由此可知低層錯(cuò)能只是面心結(jié)構(gòu)發(fā)生孿生變形的一個(gè)條件,滿足此條件并不能保證奧氏體在應(yīng)力作用下發(fā)生孿生變形,奧氏體的穩(wěn)定性是發(fā)生孿生變形的重要條件。順便指出,孿晶的形成是隨后位錯(cuò)滑移和孿生過程的障礙,起到了硬化作用;應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的形成作為第二相對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用,起到了硬化作用,這就是結(jié)構(gòu)硬化的貢獻(xiàn)。正是這樣的結(jié)構(gòu)硬化才導(dǎo)致材料高硬化率高強(qiáng)度;而行為軟化誘發(fā)的塑性又致使材料具有較高的塑性。3結(jié)論(1) 低層錯(cuò)能奧氏體不銹鋼和高錳鋼的低溫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀不同于低碳鋼的冪乘拋物線,而是S形,其真應(yīng)力-應(yīng)變曲線更接近于=k+b的關(guān)系式。(2) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)上凹特征是由行為軟化主導(dǎo)與硬化共同作用的結(jié)果。當(dāng)軟化作用與硬化在一定應(yīng)變范圍內(nèi)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力平臺(tái)現(xiàn)象。(3) 高硬化率高強(qiáng)度來源于變形過程中的結(jié)構(gòu)硬化,高塑性則由行為軟化提供。基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(59771048)作者簡(jiǎn)介:張旺峰(1965-),男,西安交通大學(xué)在讀博士研究生。聯(lián)系地址:陜西西安西安交通大學(xué)材料學(xué)院(郵編710049)參考文獻(xiàn)1張旺峰,陳瑜眉,朱金華. 一種新型拉伸曲線規(guī)律研究J. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),待發(fā)表2G. B. Olson and M.Azrin. Transformation behavior of TRIP steelsJ. Metall. Trans. 1978, 9A: 7137213C. H. White and R. W. K. Honeycombe. Structureal changes during the deformation of high-purity iron-manganese-carbon alloysJ. Journal of the Iron and Steel Institute. 1962, 200: 4574664Y. N. Dastur and W. C. Leslie. Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steelJ. Metall. Trans. 1981, 12A: 749595劉軍海.西安交通大學(xué)碩士學(xué)位論文D,19886R. E. Schramm and R. P. Reed. Stacking fault energies of seven commercial austenitic stainless steelsJ. Metal

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論