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ECAP过程中马氏体耐热钢的结构演化和力学性能研究

张凌义  
【摘要】: 等径角挤压变形(Equal Channel Angular Pressing—ECAP)是制备超细晶材料的重要方法之一。ECAP变形条件下晶粒细化机制有三种形式:第一种是通过严重塑性变形造成位错及位错间界对大晶粒进行分割而细化晶粒的位错分割机制;第二种是由于强烈变形形成形变孪晶,孪晶界分割大晶粒而使晶粒细化的孪晶细化机制;第三种是由于强烈变形诱发马氏体相变形成新的晶粒,从而使得晶粒细化的相变细化机制。本文选用马氏体耐热钢为原材料,进行了室温多道次ECAP变形,并进行了ECAP试样的退火研究。系统研究了材料的晶粒细化机制和第二相粒子的形貌和分布变化;研究了ECAP过程中力学性能变化及退火处理后的结构演化和力学性能变化。并研究了ECAP变形+退火工艺提高材料强韧性的机制。 马氏体耐热钢经过ECAP一次变形后,在剪切力的作用下,马氏体板条发生扭曲和碎化,形成大量超细尺寸的位错胞。第二相粒子在大剪切力的作用下发生回溶。室温拉伸性能表现为屈服和抗拉强度大大提高(屈服提高~52%),但均匀塑性变形能力急剧降低,其加工硬化能力几乎完全丧失。变形后试样经不同温度退火处理,随着退火温度的提高,组织发生回复的现象越来越显著,在680℃和720℃条件下发生了少量的再结晶。第二相粒子重新在基体中析出,且呈弥散均匀分布,尺寸相对初始态减小。退火后材料的室温拉伸性能表现为:随退火温度的提高,屈服和抗拉强度下降的速度加快,均匀塑性变形能力均有不同程度的回复,680℃退火后的均匀塑性变形能力与初始态相当,强度较初始态有一定提高。720℃退火后的均匀塑性变形能力高于初始态,强度也较初始态高。 试样经4道次ECAP变形,晶粒完全变为等轴状,平均晶粒尺寸在200~300nm之间。组织由大量的超细晶粒和亚晶/位错胞构成。室温拉伸表现为随着挤压道次的增加,强度逐渐增大,但增幅逐渐缓慢,四道次达到最大值(σ_b为1638MPa,σ_(0.2)为1515MPa)。各道次试样的加工硬化能力均很低。各道次试样经过680℃×2h和6h退火处理,均发生了不同程度的回复和再结晶。且随挤压道次增加回复和再结晶现象越明显。晶内具有较低的位错密度。其拉伸性能表现为:高道次退火处理的试样强度较前一道次低,均匀延伸率差别不大,但断裂延伸率增加。 一次变形后试样强度显著提高是位错强化和晶粒细化共同作用的结果。退火处理后的试样,位错强化效果减弱,第二相粒子重新析出,并呈弥散均匀分布。同时退火得到稳定的超细晶组织。第二相粒子通过沉淀强化(Orowan机制)和阻碍晶粒长大对材料起到强化作用。


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