微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢形变机理及应变硬化行为

对Fe-17Cr-7Ni采用77%冷轧和700℃退火100 s工艺获得纳米晶(100 nm)/超细晶(100~500 nm)和部分粗晶(1μm)组成的微米/纳米复合结构奥氏体组织,其平均晶粒尺寸为500 nm。通过拉伸实验研究了微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢力学性能、形变机制和应变硬化行为。结果表明这种微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢屈服和抗拉强度分别为939 MPa和1098 MPa,伸长率高达38.8%。分析应变硬化率曲线表明拉伸过程中形变分为四个区间。结合透射电镜组织观察结果,发现形变过程中粗晶奥氏体先转化为形变马氏体,随后纳米晶/超细晶奥氏体转变为形变孪晶,表明这种高强度高塑性微米/纳米复合结构奥氏体不锈钢形变机制为TWIP和TRIP复合形变机制。     

异构片层结构304不锈钢的制备及其力学性能

采用形变诱导马氏体退火逆转变工艺制备了异构片层结构(HLS)的304奥氏体不锈钢。通过扫描电镜和X射线衍射仪分析了304奥氏体不锈钢的显微组织和物相组成,并采用室温拉伸试验研究了其力学性能。结果表明,通过变形量为34%的热轧、75%的冷轧以及700 ℃退火12 min后,试验钢中的马氏体相逆转变为奥氏体相,部分残留奥氏体发生再结晶,获得了由微米再结晶晶粒与超细晶/纳米晶晶粒以及残留奥氏体晶粒组成的异构片层结构,微米再结晶晶粒和残留奥氏体被超细晶/纳米晶晶粒所包围。异构片层结构304奥氏体不锈钢的屈服强度为940.1 MPa,断裂总延伸率为43.1%,获得了良好的强度-塑性匹配。     

微米/亚微米双峰尺度奥氏体组织形成机制

通过冷轧变形结合变形后在820~870℃退火,在316L奥氏体不锈钢中实现了微米(3~5μm为主)和亚微米(300~500 nm为主)双峰晶粒尺度分布.在奥氏体冷变形过程中,形变孪生与应变诱导马氏体相变都集中发生于大变形阶段,据此推断奥氏体形变孪生是产生应变诱导马氏体的微观机制.在820~870℃范围内退火时,样品的硬度和晶粒尺寸分布几乎保持恒定.通过对退火过程中变形奥氏体和应变诱导马氏体演化驱动力的比较分析,推断奥氏体双峰尺度晶粒尺寸分布的来源是:微米尺度晶粒来自冷变形时未转变的变形奥氏体的再结晶,而亚微米尺度晶粒主要由应变诱导马氏体逆转变而产生.     

热处理对表面喷丸纳米晶304不锈钢力学性能的影响

利用0. 3 MPa×6 min的喷丸工艺获得表面纳米化304不锈钢,研究了退火处理对表面喷丸纳米晶304不锈钢力学行为的影响。结果表明:经0. 3 MPa×6 min喷丸处理后,表面细化层平均晶粒尺寸为36 nm,马氏体含量为50. 2%,厚度为50μm,最大(最外表面处)和最小(离表面50μm)硬度值分别为430 HV0. 5和275 HV0. 5。650℃×30 min退火处理,表面喷丸纳米晶304不锈钢晶粒尺寸为58 nm,马氏体含量显著下降为6. 4%,综合力学性能最优,最大硬度为375 HV0. 5,抗拉强度和屈服强度分别为665 MPa和320 MPa,伸长率得到较大恢复,达44%。     

304/Q245R爆炸复合板覆板侧结合界面的组织和硬度

采用扫描电镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪等手段,分析了消应力退火后304/Q245R爆炸复合板不锈钢覆板侧结合界面的组织结构和硬度.白亮带区由动态再结晶所形成的相变马氏体和奥氏体纳米晶构成;纤维区由剧烈变形拉长奥氏体晶粒和其孪晶交叉处形成的马氏体构成;变形区由扭转变形奥氏体晶粒和其孪晶交叉处形成少量马氏体构成.白亮带、纤维区和变形区与原始奥氏体区未变形区相比的纳米硬度分别提高32%,13.5%和9.1%,白亮区的纳米晶强化以及纤维区较变形区较大的马氏体相变强化为其主要原因.     

异质层状结构316L不锈钢的制备及其力学性能

采用传统轧制及退火手段制备了异质层状结构316L不锈钢,通过光学显微镜和透射电镜观察了材料的组织,并利用X射线衍射方法对其物相进行了分析,最终系统研究了处理前后316L不锈钢板的力学性能。结果表明:75%冷轧变形后的316L不锈钢,其内部形成了层状的超细晶组织,剧烈塑性变形诱发了马氏体相变,材料的强度和硬度显著提高,但是其伸长率很低。750℃退火过程中,不锈钢发生了静态再结晶,马氏体相消失,基体变成单相奥氏体组织,不锈钢的综合力学性能得到提高。轧制与退火相结合的工艺可以获得一种由超细晶与微米再结晶晶粒组成的异质层状结构。拉伸变形时,这种异质层状结构可以提供协调非均匀塑性变形的几何必须位错,几何必须位错与可动位错相互缠结,提高了材料的应变硬化率,使得316L不锈钢可以获得良好的强度-塑性匹配。     

退火温度对微纳结构304不锈钢微观组织和力学性能的影响

利用XRD、TEM、SEM研究了铸态和600、800、1000℃不同温度退火8 h后微纳结构304不锈钢的微观组织,并测试了力学性能,探讨了两者之间的变化关系。结果表明:铸态和退火处理后的钢都由纳米晶、微米晶奥氏体和少量纳米晶高温铁素体组成。随退火温度升高,纳米奥氏体平均晶粒尺寸没有变化,而铁素体晶粒尺寸、微米晶奥氏体体积分数增大,δ-铁素体体积分数减少。800℃退火后,最高的抗拉强度能达到800 MPa,伸长率是8.3%,位错滑移机制占主导地位,800℃退火后的纳米晶/微米晶304不锈钢获得最好的力学性能。     

退火工艺对深冷轧制AISI310S不锈钢组织和性能的影响北大核心CSCD

采用SEM、TEM及微拉伸试验等方法,对深冷轧制变形90%的AISI310S奥氏体不锈钢不同温度（500～1000℃）及时间（2～60 min）退火处理后的微观组织及性能进行了研究。结果表明：当退火温度在700℃以下时,深冷变形组织处于回复阶段;退火温度在700℃以上时,深冷变形组织处于再结晶阶段,随着退火温度升高至1000℃,再结晶程度充分完全的同时伴随着再结晶晶粒的长大,1000℃退火10 min条件下,奥氏体晶粒长大至3μm左右。在退火温度800℃下,随着退火时间从2 min增加到60 min,奥氏体不锈钢晶粒尺寸从300 nm增大至750 nm。退火温度从500℃增至1000℃,奥氏体不锈钢的强度和硬度呈现出先升高后下降的趋势,伸长率则一直呈增加趋势,断口形貌也由韧、脆性混合断裂向韧性断裂发生转变。     

退火时间对低碳超细晶粒钢组织和性能的影响

对淬火后组织为板条马氏体的低碳钢板进行了4道次冷轧(累计相对压下量为50%),随后在550℃进行不同时间的退火处理,研究超细晶粒低碳钢的制备。结果表明,随着退火时间的延长,冷轧板条马氏体逐步发生回复、再结晶和晶粒长大,并且晶粒长大速度逐渐加快。在30 min内退火处理时,细小的纳米尺寸碳化物不断析出,钉扎再结晶晶粒晶界,有效抑制了再结晶晶粒的长大。550℃退火30 min得到平均晶粒尺寸为326 nm的超细晶粒组织,其抗拉强度为867 MPa,总伸长率为16.7%。随着退火时间进一步延长,再结晶晶粒发生长大,同时碳化物明显粗化。     

退火工艺对深冷轧制AISI310S不锈钢组织和性能的影响

采用SEM、TEM及微拉伸试验等方法,对深冷轧制变形90%的AISI310S奥氏体不锈钢不同温度(500~1000℃)及时间(2~60 min)退火处理后的微观组织及性能进行了研究。结果表明:当退火温度在700℃以下时,深冷变形组织处于回复阶段;退火温度在700℃以上时,深冷变形组织处于再结晶阶段,随着退火温度升高至1000℃,再结晶程度充分完全的同时伴随着再结晶晶粒的长大,1000℃退火10 min条件下,奥氏体晶粒长大至3μm左右。在退火温度800℃下,随着退火时间从2 min增加到60 min,奥氏体不锈钢晶粒尺寸从300 nm增大至750 nm。退火温度从500℃增至1000℃,奥氏体不锈钢的强度和硬度呈现出先升高后下降的趋势,伸长率则一直呈增加趋势,断口形貌也由韧、脆性混合断裂向韧性断裂发生转变。     

F/M钢包壳管材热处理工艺优化

通过对Fe-12Cr-1.5W-0.2V-0.15Ta F/M钢包壳管材分别进行980~1150 ℃正火和600~730 ℃回火处理,研究不同热处理工艺对包壳管材微观组织、室温力学性能的影响。结果表明,不同温度正火处理后,F/M钢包壳管材的组织均为板条马氏体,随正火温度的升高,粗大的碳化物颗粒逐渐固溶至基体中,且原奥氏体晶粒尺寸会产生粗化,从1050 ℃的40 μm增至1150 ℃的80 μm;不同温度回火后,马氏体基体上析出细小纳米级碳化物颗粒,随回火温度增加,碳化物颗粒析出数量明显增加,但析出的碳化物颗粒尺寸无明显变化;包壳管材经过1100 ℃×60 min正火+650 ℃×90 min回火后具备良好的微观组织和力学性能,其原始奥氏体晶粒无明显长大,马氏体板条组织平均晶粒尺寸约为6.0 μm,小角度晶界比率为59.6%,沿着原奥氏体晶界有纳米相析出,晶内马氏体界面处析出大量纳米相,此时,管材表现出良好的强塑性匹配,抗拉强度为1024 MPa、屈服强度为849 MPa、伸长率为17.3%。     

节镍型奥氏体不锈钢组织性能及控制机理研究

节镍型奥氏体不锈钢生产中合理控制其C、N含量和Cr、Ni当量,使其冷加工硬化小,拉深成形性能优异,形变诱导马氏体量少,时效开裂风险小,室温下奥氏体组织稳定是其生产应用的关键技术难点。为此,研究了不同化学成分节镍型奥氏体不锈钢在热轧、退火、冷轧退火后的金相组织及力学性能,分析了奥氏体稳定性和冷轧形变诱导马氏体相变的控制规律。结果表明:试验钢在热轧后奥氏体组织呈未完全再结晶状态,退火后奥氏体组织再结晶充分,晶粒尺寸为12～14 μm,且低的碳含量有利于改善碳化物的析出情况;试验钢冷轧变形过程中马氏体转变受奥氏体稳定性的影响,即受M_d30/50温度控制及化学成分的影响,M_d30/50温度值越高,镍当量越小,奥氏体稳定性越差,形变诱导马氏体含量越高,冷轧变形抗力越大,在退火过程越容易发生马氏体向奥氏体的逆转变,形成晶粒尺寸呈“双峰”状分布的混晶组织。因此,化学成分设计是实现节镍型奥氏体不锈钢性能的基础;同时,将本试验钢冷轧退火温度从1 080 ℃提高到1 100 ℃,且降低退火工艺速度,以延长带钢在退火炉内的时间,使奥氏体晶粒充分长大,控制晶粒尺寸为8.0～9.0级,才能保证钢卷获得良好的使用性能。     

原始组织结构对压缩变形制备超细晶钛合金的影响

研究了原始组织结构对压缩变形制备超细晶钛合金的影响。结果表明,具有淬火马氏体组织的TC11合金在650℃,65×10-4/s-1条件下压缩变形应变量达12后,就会获得等轴均匀的亚微米晶组织,平均晶粒尺寸约为021μm;单一的马氏体组织比两相交替分布的片层组织更有利于超细晶的形成,但原始组织结构的差异对最终形成的超细晶组织的晶粒尺寸几乎没有影响。     

316L不锈钢梯度结构及其在退火中的演变

对316L不锈钢进行表面机械研磨处理（SMAT）,获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度组织。对SMAT样品进行不同温度的真空退火,研究组织变化。结果表明：当退火温度低于0．5L（L为熔点）时,316L不锈钢经SMAT后形成的梯度组织未发生明显的变化。随着退火温度的继续增加,梯度组织发生回复和晶粒长大,但晶粒长大的速度较小。整个退火过程中,内应力和微观应变的释放在SMAT样品的深度方向诱发了机械孪生,并在纳米结构表层中引起马氏体相变。     

深冷轧制对AISI 310S不锈钢组织和性能的影响

采用深冷轧制技术对AISI 310S奥氏体不锈钢进行不同变形量的实验,借助OM、SEM、TEM、XRD及微拉伸试验等方法研究了不同变形量下奥氏体不锈钢的组织特性及性能变化规律。结果表明:奥氏体不锈钢在深冷轧制不同变形量下均未发生应变诱发马氏体相变,在变形量为30%时,组织内部出现高密度位错且夹杂少量的形变孪晶,随着变形量增大至70%时,组织内部出现大量形变孪晶,孪晶与位错的交互作用显著加剧;到变形量为90%时,晶粒完全碎化至纳米量级。而且随着变形量的增大,强度指标大幅度上升,屈服强度、抗拉强度分别从原始态的305 MPa、645 MPa增加至1099 MPa、1560 MPa;而伸长率则从40.8%(原始)下降至6.4%(变形量90%),拉伸断口由韧性断裂向准解理断裂转变。     

氮含量对超细晶奥氏体不锈钢组织和性能的影响

通过机械合金化和放电等离子烧结技术制备超细晶奥氏体不锈钢,分析其组织与性能,研究了氮含量对该不锈钢组织和性能的影响。结果表明,随氮含量的增加,烧结试样中马氏体越来越少。氮具有稳定奥氏体的作用,当氮含量为1.2%时,试样基体转化为单一奥氏体相。制得试样晶粒均细小且均匀,尺寸都达到纳米级,氮含量为1.2%的试样,晶粒尺寸最小,只有100 nm。表明采用机械合金化方法结合等离子烧结技术成功制备了纳米级奥氏体不锈钢。氮的加入还能显著提高奥氏体不锈钢的硬度、耐磨性和抗拉强度。     

等径角挤压304不锈钢热处理组织与性能研究

对经过8道次等径角挤压的超细晶304不锈钢进行不同温度的退火处理,研究了退火温度对304不锈钢显微组织和力学性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,304不锈钢的再结晶起始温度为650℃,而再结晶结束温度为900℃;在退火温度升高至750℃以上时,304不锈钢的组织为部分超细晶和发生再结晶的晶粒组成的双尺度结构;对8道次等径角挤压304不锈钢进行退火处理后,强度和屈强比降低,而断后伸长率提高,750℃退火30 min是较为适宜的退火工艺;随着退火温度升高,材料的断裂机制从脆性断裂逐渐转变为韧性断裂。     

生物医用316L奥氏体不锈钢的形变组织

借助扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜组织观察,对生物医用奥氏体不锈钢316L的形变组织进行了多尺度深入研究,其工程应变量范围为2%~40%。结果表明,当应变>20%时,316L奥氏体不锈钢中的<001>和<111>取向平行于拉伸方向,即出现了大量的变形孪晶和马氏体。从微米尺度和纳米尺度对孪晶和马氏体相变做详细分析发现,形变首先诱发形成变形孪晶,由于孪晶界减小了位错平均自由程而引起位错塞积,进一步诱发马氏体的转变。随着变形量的增加出现了更多的孪晶和α-马氏体,马氏体相变的过程只有γ→α转变,α马氏体主要分布在孪晶界附近,特别是孪晶交叉的位置。其中,奥氏体基体和α-马氏体之间的取向关系为:[011]_γ//[011]_α,(420)_γ//(123)_α。     

表面双尺度结构对304不锈钢的耐磨性和成形性的影响

首先利用高能喷丸工艺对304不锈钢进行表面纳米化处理,再通过退火处理在表面获得双尺度结构,从而实现耐磨性-成形性间的平衡。通过金相和X射线衍射分析来表征细化层的微观结构,通过横截面的硬度测量和耐磨性实验来表征不锈钢的耐磨性,利用杯突实验和成形极限（FLD）实验来表征不锈钢的成形性。结果表明,0.3 MPa-6 min表面喷丸可以获得平均晶粒尺寸约为36 nm,平均硬度为353 HV_0.2,形变诱发马氏体质量分数50.2%,厚度约为125 μm的细化层。表面喷丸纳米化不锈钢的耐磨性显著提高,但成形性明显下降。表面喷丸纳米化+650 ℃退火30 min可在不锈钢表面获得双尺度结构的细化层,其中粗晶部分的平均晶粒尺寸约为1~2 μm,体积比约66%;细晶部分的平均晶粒尺寸约为58 nm,体积比为34%。这种双尺度结构的表面细化层兼具高耐磨性和高成形性的特性。     

铁素体/奥氏体双相MIG焊接头组织与动态性能研究

文中对铁素体/奥氏体双相MIG焊接头组织与冲击性能等进行研究。通过分析接头区金相组织、硬度分布和冲击吸收功以及断口形貌,探究焊接接头微观组织演变机理与冲击性能之间的关系。结果表明,铁素体/奥氏体双相焊缝组织为均匀奥氏体和少量铁素体,热影响区组织分别为粗晶区的δ铁素体+马氏体、细晶区与混合晶粒区为马氏体+铁素体;硬度分布由粗晶区、细晶区、焊缝、母材硬度值依次降低,其中熔合线处硬度最大;冲击断口表现为韧性断口,冲击吸收功随温度下降呈降低趋势。研究证明,热输入是影响接头组织与冲击性能的重要因素。铁素体/奥氏体双相组织接头较单一铁素体组织接头动态性能有所提升。