【摘要】：功能梯度材料能夠滿足材料在使用過程中的某些特殊性能要求。根據(jù)軸類零件的使用條件,軸類零件工作表面和心部在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能要求方面有較大的差別,即表面應(yīng)具有高的耐磨性,而心部則應(yīng)表現(xiàn)出良好的強韌性,體現(xiàn)出功能梯度材料特性。本文研究內(nèi)容來源于國家自然科學(xué)基金資助項目“高強韌、高耐磨不銹軸承鋼零件的觸變成形及組織性能控制”,以9Cr1 8不銹鋼及同類型9Cr18Mo不銹鋼為研究材料,設(shè)計適用于鋼鐵材料的觸變鍛造成形裝置,利用觸變鍛造成形工藝,探索出具有功能梯度特性的不銹鋼材料組織性能控制理論。研究9Cr18和9Cr18Mo半固態(tài)坯料壓縮變形特征,為觸變鍛造成形提供基礎(chǔ)支持。結(jié)果表明:9Cr18與9Cr18Mo半固態(tài)坯料壓縮變形特征類似,變形初始階段,材料骨架破碎,隨著變形進入至半固態(tài)觸變階段,存在著液相金屬的流動、固相顆粒的轉(zhuǎn)動以及固相顆粒的塑性變形。對于9Cr18半固態(tài)坯料,當變形溫度為1300℃,變形速率較低(0.02s-1，0.05s-1)時,壓縮應(yīng)力較低,峰值應(yīng)力分別為15.7MPa和21.7MPa。研究觸變鍛造成形過程中組織與性能控制規(guī)律。基于Gleeble-3500熱模擬試驗機設(shè)計適用于鋼鐵材料的觸變鍛造成形實驗裝置。通過觸變鍛造成形能夠獲得9Cr18階梯軸制件,半固態(tài)坯料充型良好。9Cr18觸變制件變形區(qū)存在顯著固/液分界層,表層為液相流出凝固形成的共晶組織,具有細小枝晶形貌;分界層內(nèi)部固相顆粒相互接觸,無明顯液相殘留,顯微組織呈現(xiàn)梯度分布特征。成形溫度提升有助于形成更多的自由液相,低應(yīng)變速率致使固液兩相有充分變形時間完成固液分離,從而有助于獲得功能梯度特性材料,在1340℃,0.02s-1條件下成形,材料能夠充分發(fā)揮半固態(tài)觸變特性,表層平均厚度達到1000μm以上。9Cr18觸變制件分界層內(nèi)部固相為奧氏體組織,硬度約為376HV,表層平均硬度約為726HV。9Cr18Mo觸變鍛造制件的顯微組織特征與9Cr18觸變制件相同,均呈現(xiàn)梯度分布特征,論文主要分析9Cr18Mo觸變鍛造制件在耐磨耐蝕性方面的差異。.9Cr18觸變制件分界層內(nèi)外具有各自獨特的組織演變規(guī)律。固相顆粒的合金元素含量是決定分界層內(nèi)部組織演變的關(guān)鍵因素,觸變制件內(nèi)部固相奧氏體處于過飽和亞穩(wěn)狀態(tài),馬氏體轉(zhuǎn)變在特定的后續(xù)熱處理工藝下能夠激活,低溫回火(T=200℃,550℃)有助于觸變制件內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放,提高強韌性。觸變制件在經(jīng)歷熱處理工藝后固/液分界層得以保留,熱處理對表層枝晶結(jié)構(gòu)無顯著影響,共晶組織保留在制件表層,在熱處理后制件表層的顯微硬度維持在720HV以上。觸變鍛造制件具有功能梯度材料特性,呈現(xiàn)“外硬內(nèi)韌”特征。9Cr18觸變制件在550℃回火2h后擁有最佳的內(nèi)部強韌性,抗壓強度為4680MPa,壓縮應(yīng)變?yōu)?3.2%,塑性變形呈現(xiàn)明顯的四階段應(yīng)變硬化特征,強韌性機制歸因于奧氏體相變誘導(dǎo)塑性與孿晶誘導(dǎo)塑性二次變形機理共同作用。9Cr18和9Cr18Mo觸變制件擁有耐磨表層,表層高鉻含量提高了磨損過程中抗氧化能力,降低氧化磨損速率;高的表層硬度提高抵抗塑性變形能力,也減輕了剝落磨損、磨料磨損。9Cr18和9Cr18Mo觸變制件表層耐蝕性相對傳統(tǒng)熱處理工藝有一定提高。通過半固態(tài)觸變鍛造成形工藝,將傳統(tǒng)馬氏體型不銹鋼9Cr18及9Cr18Mo設(shè)計與加工為內(nèi)部奧氏體,表層細小共晶組織結(jié)構(gòu)的功能梯度材料,有助于拓寬傳統(tǒng)材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
【圖文】：

功能梯度材料（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ邋ｇｒａｄｅｄ邋ｍａｔｅｒｉａｌ，邋ＦＧＭ），即材料的組分和結(jié)逡逑構(gòu)從材料的某一方位（一維、二維、三維）向另一方位連續(xù)或間斷地變化，逡逑使材料的性能和功能也呈現(xiàn)梯度變化的一種新型材料，如圖２－１所示［５，６］。功逡逑能梯度材料概念由日本學(xué)者平井敏雄等于１９８４年首次提出，并于１９８７年開逡逑始進行這方面的研宄［７１。他們的構(gòu)想與航天技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，，初始旨在逡逑解決新一代航天飛機熱保護系統(tǒng)中出現(xiàn)的諸多問題，通過將金屬、合金、陶逡逑瓷、塑料等無機物和有機物的巧妙組合，材料在高溫環(huán)境和兩側(cè)高溫差的情逡逑況下表現(xiàn)出良好的耐熱性、熱應(yīng)力緩和，這是傳統(tǒng)陶瓷基復(fù)合材料無法實現(xiàn)逡逑的。功能梯度材料的研宄在各國迅速展開，通過近三十余年的研宄，國內(nèi)外逡逑在功能梯度材料的組織結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝、設(shè)備以及材料的應(yīng)用等方面逡逑都取得了令人矚目的成果。并且，基于材料的功能梯度特性，功能梯度材料逡逑同樣在諸多意料之外的領(lǐng)域得到研宄和應(yīng)用。逡逑Ｋ邋／Ｉ逡逑0陶瓷邐S媒鶚翦義�？邋＋纤�

本文編號：2669897