發(fā)布時間：2017-11-26 04:23

  本文關(guān)鍵詞：深冷后SMAT對AISI301不銹鋼顯微組織與力學(xué)性能的影響

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【摘要】：本文以普通商業(yè)軋制態(tài)下的AISI301不銹鋼為研究對象,以提高材料綜合機(jī)械性能為目的,采用深冷處理(CT)技術(shù)作為前置工藝和表面機(jī)械研磨處理(SMAT)作為手段,通過金相顯微鏡、X-射線衍射儀(XRD,X-Ray Diffraction)、掃描電子顯微鏡(SEM,Scanning Electron Microscope)和透射電子顯微鏡(TEM,Transmission Electron Microscope),分別表征深冷處理和SMAT對AISI301不銹鋼顯微組織結(jié)構(gòu)的影響,測試和分析AISI301不銹鋼在不同處理和不同時間后的力學(xué)性能差異,此外,還對深冷處理AISI301不銹鋼對其性能的影響進(jìn)行了分析,在深冷后梯度納米結(jié)構(gòu)化的機(jī)理進(jìn)行了針對性的研究。具體研究結(jié)論如下:(1)運用深冷技術(shù)處理AISI301不銹鋼,其顯微組織由殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,同時包括拉伸性能、應(yīng)變硬化性能、斷裂功等機(jī)械綜合性能方面獲得了不同程度的提升。具體內(nèi)容是:經(jīng)深冷處理24h后未發(fā)現(xiàn)原始態(tài)下的板束狀或針尖狀的馬氏體和大小十分不均的晶粒,組織均勻化和馬氏體化使XRD衍射圖譜中的馬氏體每個衍射峰均加強(qiáng),而奧氏體形態(tài)發(fā)生變化導(dǎo)致其衍射峰中既有增強(qiáng)也有減弱,在深冷處理7d以后,其組織發(fā)生了更加嚴(yán)重的馬氏體滑移。深冷處理后,組織更加均勻,馬氏體的含量增加使拉伸性能、應(yīng)變硬化性能、斷裂功方面有所提升,但深冷24h和深冷7d的差異并不大。平均顯微硬度由267HV分別提升至321HV(120%)和343HV(128%),屈服強(qiáng)度由251MPa提高至475.7MPa(189%),抗拉強(qiáng)度由1166MPa提高至1332.5MPa(114%),斷裂功由34315KJ/m3提升至39651KJ/m3,但延伸率從43%降低到35.6%。(2)運用SMAT技術(shù)處理深冷24h后的AISI301不銹鋼,劇烈塑性變形使其在板材試樣厚度方向形成了梯度納米結(jié)構(gòu)和馬氏體梯度,且機(jī)械綜合性能隨著SMAT處理時間的延長提升。具體內(nèi)容是:表層馬氏體碎化程度最為嚴(yán)重,且塑性變形程度隨厚度方向而逐漸減小,雙側(cè)變形層厚度約為400μm,從XRD數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)表層奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變程度隨SMAT處理時間的延長加深,在進(jìn)行15min和30min的SMAT處理后,馬氏體體積分?jǐn)?shù)分別為52%和45%。力學(xué)性能方面,顯微硬度分布在SMAT處理后呈“V”形,在SMAT15min后硬度不再提升,最終AISI301不銹鋼試樣表面和芯部的平均硬度分別由270HV提升至571HV和410HV,其幅度為111.4%和51.8%。其屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度均隨被處理時間延長而提高,SMAT處理30min后,屈服強(qiáng)度251MPa提升了704MPa(280%)和抗拉強(qiáng)度有1166MPa提升了426MPa(36%),相應(yīng)的延伸率有所下降。深冷處理24h后,加工硬化的第III階段中隨SMAT處理時間延長提高加工硬化率。芯部區(qū)域因其泊松比更低,以致其粗晶層實際上已經(jīng)在這種不兼容的狀態(tài)下發(fā)生了均勻的塑性變形,最終導(dǎo)致第IV階段的加工硬化率在此時反而降低。在斷裂方面,經(jīng)SMAT處理后因強(qiáng)度提升而喪失部分?jǐn)嗔秧g性,斷裂功由34315KJ/m3降低至24273KJ/m3,斷裂機(jī)制由韌性斷裂→準(zhǔn)解理斷裂→解理斷裂。(3)確定了24h作為SMAT前置工藝—深冷處理的時間參數(shù)以減少因強(qiáng)度提高導(dǎo)致塑性的喪失,再采用SMAT技術(shù)處理深冷后的AISI301不銹鋼形成梯度納米結(jié)構(gòu),芯部的粗晶層和梯度納米層相互制約,從而獲得了更好的強(qiáng)度-塑性配比。其主要原因是:(1)AISI301不銹鋼深冷處理24h后的顯微組織更加均勻,而深冷處理7d組織主要以馬氏體為主,本研究目標(biāo)在于獲得馬氏體含量或尺寸呈梯度變化的狀態(tài)。(2)SMAT處理AISI301不銹鋼晶粒,馬氏體滑移帶碎化,隨著表面深度的增加,彈丸對其的影響也會更小,表面剪切力和應(yīng)變速率逐漸減小,最終塑性變形的表面形成梯度納米層,而在被處理試樣的芯部因應(yīng)變小為粗晶層,最終使得馬氏體化程度與碎化程度呈梯度結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.71

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本文編號：1228548