深冷后SMAT对AISI301不锈钢显微组织与力学性能的影响

发布时间：2017-11-26 04:23

  本文关键词：深冷后SMAT对AISI301不锈钢显微组织与力学性能的影响

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【摘要】：本文以普通商业轧制态下的AISI301不锈钢为研究对象,以提高材料综合机械性能为目的,采用深冷处理(CT)技术作为前置工艺和表面机械研磨处理(SMAT)作为手段,通过金相显微镜、X-射线衍射仪(XRD,X-Ray Diffraction)、扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscope)和透射电子显微镜(TEM,Transmission Electron Microscope),分别表征深冷处理和SMAT对AISI301不锈钢显微组织结构的影响,测试和分析AISI301不锈钢在不同处理和不同时间后的力学性能差异,此外,还对深冷处理AISI301不锈钢对其性能的影响进行了分析,在深冷后梯度纳米结构化的机理进行了针对性的研究。具体研究结论如下:(1)运用深冷技术处理AISI301不锈钢,其显微组织由残余奥氏体转变为马氏体,同时包括拉伸性能、应变硬化性能、断裂功等机械综合性能方面获得了不同程度的提升。具体内容是:经深冷处理24h后未发现原始态下的板束状或针尖状的马氏体和大小十分不均的晶粒,组织均匀化和马氏体化使XRD衍射图谱中的马氏体每个衍射峰均加强,而奥氏体形态发生变化导致其衍射峰中既有增强也有减弱,在深冷处理7d以后,其组织发生了更加严重的马氏体滑移。深冷处理后,组织更加均匀,马氏体的含量增加使拉伸性能、应变硬化性能、断裂功方面有所提升,但深冷24h和深冷7d的差异并不大。平均显微硬度由267HV分别提升至321HV(120%)和343HV(128%),屈服强度由251MPa提高至475.7MPa(189%),抗拉强度由1166MPa提高至1332.5MPa(114%),断裂功由34315KJ/m3提升至39651KJ/m3,但延伸率从43%降低到35.6%。(2)运用SMAT技术处理深冷24h后的AISI301不锈钢,剧烈塑性变形使其在板材试样厚度方向形成了梯度纳米结构和马氏体梯度,且机械综合性能随着SMAT处理时间的延长提升。具体内容是:表层马氏体碎化程度最为严重,且塑性变形程度随厚度方向而逐渐减小,双侧变形层厚度约为400μm,从XRD数据中发现表层奥氏体向马氏体转变程度随SMAT处理时间的延长加深,在进行15min和30min的SMAT处理后,马氏体体积分数分别为52%和45%。力学性能方面,显微硬度分布在SMAT处理后呈“V”形,在SMAT15min后硬度不再提升,最终AISI301不锈钢试样表面和芯部的平均硬度分别由270HV提升至571HV和410HV,其幅度为111.4%和51.8%。其屈服强度与抗拉强度均随被处理时间延长而提高,SMAT处理30min后,屈服强度251MPa提升了704MPa(280%)和抗拉强度有1166MPa提升了426MPa(36%),相应的延伸率有所下降。深冷处理24h后,加工硬化的第III阶段中随SMAT处理时间延长提高加工硬化率。芯部区域因其泊松比更低,以致其粗晶层实际上已经在这种不兼容的状态下发生了均匀的塑性变形,最终导致第IV阶段的加工硬化率在此时反而降低。在断裂方面,经SMAT处理后因强度提升而丧失部分断裂韧性,断裂功由34315KJ/m3降低至24273KJ/m3,断裂机制由韧性断裂→准解理断裂→解理断裂。(3)确定了24h作为SMAT前置工艺—深冷处理的时间参数以减少因强度提高导致塑性的丧失,再采用SMAT技术处理深冷后的AISI301不锈钢形成梯度纳米结构,芯部的粗晶层和梯度纳米层相互制约,从而获得了更好的强度-塑性配比。其主要原因是:(1)AISI301不锈钢深冷处理24h后的显微组织更加均匀,而深冷处理7d组织主要以马氏体为主,本研究目标在于获得马氏体含量或尺寸呈梯度变化的状态。(2)SMAT处理AISI301不锈钢晶粒,马氏体滑移带碎化,随着表面深度的增加,弹丸对其的影响也会更小,表面剪切力和应变速率逐渐减小,最终塑性变形的表面形成梯度纳米层,而在被处理试样的芯部因应变小为粗晶层,最终使得马氏体化程度与碎化程度呈梯度结构。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71

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