新型多层金属复合材料的制备与性能
发布时间：2021-10-09 15:30
以超高强度马氏体时效钢和316L奥氏体不锈钢作为材料组元,研究了在高真空度下热压变形量对异质多层金属复合材料界面结合强度和界面特征的影响,探索了异质多层金属复合材料制备的可行性。结果表明,在真空热压过程中,不同变形量下复合材料的界面均十分清晰并保持平直,且发生了轻微的元素扩散。由于高温下各材料组元的流变性能存在差异,316L奥氏体不锈钢层发生明显的动态回复与动态再结晶,而马氏体时效钢层以变形态组织为主。将轧制和热处理工艺组合,制备出9层和11层块体金属复合材料。三点弯曲实验结果表明,裂纹最先萌生于受拉应力的最外侧,之后由于多层金属复合材料中异质界面的钝化、分层、桥接等作用,延长了裂纹的扩展路径并消耗了更多的能量,展现出极佳的阻碍裂纹扩展的能力。
【文章来源】：金属学报. 2020,56(03)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
异质母材界面结合、拉伸取样及块体多层复合材料示意图
图3a为不同变形量下的MAS/316L不锈钢复合材料的界面结合测试样品。从图中可知，随着变形量的增加，界面附近“鼓肚”现象越来越严重。图3b为不同变形量样品拉伸后的宏观形貌。可见，变形量为10%、20%、60%和80%的拉伸样品均发生了明显的颈缩现象，且都断裂于316L奥氏体不锈钢一侧。只有变形量为40%的样品断裂于界面处，但是在该变形量下，316L奥氏体不锈钢一侧也发生了局部的颈缩现象。以上现象说明，2种异质材料经过热压后，界面强度高于316L奥氏体不锈钢的抗拉强度或与其相当。图3c为不同变形量下金属复合材料的单轴拉伸工程应力-应变曲线。经高真空热压后，不同变形量的样品(40%变形量除外)均表现出与316L奥氏体不锈钢相当的强度与塑性，这主要是由于在高真空度下2种异质材料的界面处未形成硬脆的氧化层，两相间的过渡界面形成了稳定的冶金结合。同时从图3c也可以看出，较少的变形量(如10%和20%)就可以实现界面良好的结合。图3d～f为拉伸后断口形貌的SEM像。变形量为20%和60%时，断口均出现了塑性材料典型的颈缩现象，如图3d和f所示，断口以典型的韧窝特征为主。而变形量为40%的样品(图3e)则表现出脆性断裂的特征，且在断口上出现了明显的暗灰色氧化特征。这可能是由于圆柱形样品的端部在局部上没有清理干净，在高温变形过程中发生氧化，形成硬脆的氧化层，不利于界面的有效结合。图3 不同变形量下金属复合材料的拉伸性能及断口特征
图2 不同变形量时金属复合材料的界面特征在热压过程中，由于力与温度的耦合作用，一方面会促进界面附近异质材料间原子的相互扩散，另一方面会导致动态回复与再结晶的发生。图4为变形量20%时金属复合材料界面附近的元素分布图。由于初始材料在化学成分上的差异，界面十分清晰和平直。MAS中的Co元素与316L奥氏体不锈钢中的Cr元素均在界面附近发生轻微的扩散。各个元素在各自的层中均匀分布，并未出现明显的偏聚现象。图5为变形量为20%时金属复合材料界面附近微观组织的EBSD像，图6为图5中界面两侧不同母材显微组织的统计结果。从图中可以看出，在高真空高温加载后，MAS层因其较高的Mo含量，导致其不容易发生动态再结晶[14]，因此经真空热压后的显微组织以变形态组织为主，而316L奥氏体不锈钢层则发生了明显的动态再结晶，以动态再结晶和动态回复的组织为主[15]。同时在距离界面较近的位置，奥氏体晶粒尺寸或者马氏体板条尺寸相对细小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of cold rolling on the microstructural, magnetic, mechanical, and corrosion properties of AISI 316L austenitic stainless steel[J]. S.Tanhaei,Kh.Gheisari,S.R.Alavi Zaree. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(06)
[2]316L不锈钢热加工硬化行为及机制[J]. 宋仁伯,项建英,侯东坡,任培东. 金属学报. 2010(01)
[3]微量钼对微合金钢动态再结晶的影响[J]. 谢志翔,刘清友,杨景红,甘国友. 钢铁研究学报. 2009(01)
[4]不锈钢/碳钢冷轧复合机理的研究[J]. 祖国胤,王宁,于九明,温景林. 钢铁研究. 2004(04)
本文编号：3426634
【文章来源】：金属学报. 2020,56(03)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
异质母材界面结合、拉伸取样及块体多层复合材料示意图
图3a为不同变形量下的MAS/316L不锈钢复合材料的界面结合测试样品。从图中可知，随着变形量的增加，界面附近“鼓肚”现象越来越严重。图3b为不同变形量样品拉伸后的宏观形貌。可见，变形量为10%、20%、60%和80%的拉伸样品均发生了明显的颈缩现象，且都断裂于316L奥氏体不锈钢一侧。只有变形量为40%的样品断裂于界面处，但是在该变形量下，316L奥氏体不锈钢一侧也发生了局部的颈缩现象。以上现象说明，2种异质材料经过热压后，界面强度高于316L奥氏体不锈钢的抗拉强度或与其相当。图3c为不同变形量下金属复合材料的单轴拉伸工程应力-应变曲线。经高真空热压后，不同变形量的样品(40%变形量除外)均表现出与316L奥氏体不锈钢相当的强度与塑性，这主要是由于在高真空度下2种异质材料的界面处未形成硬脆的氧化层，两相间的过渡界面形成了稳定的冶金结合。同时从图3c也可以看出，较少的变形量(如10%和20%)就可以实现界面良好的结合。图3d～f为拉伸后断口形貌的SEM像。变形量为20%和60%时，断口均出现了塑性材料典型的颈缩现象，如图3d和f所示，断口以典型的韧窝特征为主。而变形量为40%的样品(图3e)则表现出脆性断裂的特征，且在断口上出现了明显的暗灰色氧化特征。这可能是由于圆柱形样品的端部在局部上没有清理干净，在高温变形过程中发生氧化，形成硬脆的氧化层，不利于界面的有效结合。图3 不同变形量下金属复合材料的拉伸性能及断口特征
图2 不同变形量时金属复合材料的界面特征在热压过程中，由于力与温度的耦合作用，一方面会促进界面附近异质材料间原子的相互扩散，另一方面会导致动态回复与再结晶的发生。图4为变形量20%时金属复合材料界面附近的元素分布图。由于初始材料在化学成分上的差异，界面十分清晰和平直。MAS中的Co元素与316L奥氏体不锈钢中的Cr元素均在界面附近发生轻微的扩散。各个元素在各自的层中均匀分布，并未出现明显的偏聚现象。图5为变形量为20%时金属复合材料界面附近微观组织的EBSD像，图6为图5中界面两侧不同母材显微组织的统计结果。从图中可以看出，在高真空高温加载后，MAS层因其较高的Mo含量，导致其不容易发生动态再结晶[14]，因此经真空热压后的显微组织以变形态组织为主，而316L奥氏体不锈钢层则发生了明显的动态再结晶，以动态再结晶和动态回复的组织为主[15]。同时在距离界面较近的位置，奥氏体晶粒尺寸或者马氏体板条尺寸相对细小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of cold rolling on the microstructural, magnetic, mechanical, and corrosion properties of AISI 316L austenitic stainless steel[J]. S.Tanhaei,Kh.Gheisari,S.R.Alavi Zaree. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(06)
[2]316L不锈钢热加工硬化行为及机制[J]. 宋仁伯,项建英,侯东坡,任培东. 金属学报. 2010(01)
[3]微量钼对微合金钢动态再结晶的影响[J]. 谢志翔,刘清友,杨景红,甘国友. 钢铁研究学报. 2009(01)
[4]不锈钢/碳钢冷轧复合机理的研究[J]. 祖国胤,王宁,于九明,温景林. 钢铁研究. 2004(04)
本文编号：3426634
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