【摘要】：富銅納米相強(qiáng)化鋼是在高強(qiáng)度低合金鋼的研究基礎(chǔ)上發(fā)展而來,在優(yōu)化的處理工藝下,通過對納米相析出和基體相的控制,可以使其獲得超高的強(qiáng)度,同時保持良好的塑性。電脈沖處理作為一種新型的材料加工處理技術(shù),具有高效節(jié)能,環(huán)保節(jié)時等特點(diǎn)。在對金屬材料施加電脈沖時,由于多種物理效應(yīng)耦合作用,使其有不同于常規(guī)熱處理作用效果,能夠明顯改善材料的組織及性能。本文研究了電脈沖時長、頻率、電流密度和軋制變形量對冷軋態(tài)富銅納米相強(qiáng)化鋼顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,對電脈沖處理試樣位錯密度和再結(jié)晶初始階段展開研究,分析電脈沖作用機(jī)理,并與常規(guī)熱處理進(jìn)行對比。對冷軋40%的富銅納米相強(qiáng)化鋼試樣。當(dāng)固定頻率為300Hz,電流密度為55-56A/mm~2時,進(jìn)行不同時長的電脈沖處理,在電脈沖短時作用下即有納米相析出,同時基體相組織保持原軋態(tài)形貌,試樣處于回復(fù)階段。當(dāng)固定處理時長為15min,電流密度為55-56 A/mm~2時,進(jìn)行不同頻率的電脈沖處理,在300Hz和350Hz條件下,試樣中組織保持原冷軋態(tài)形貌,在400Hz時,基體晶界處有細(xì)小的晶粒生成。與常規(guī)熱處理相比,電脈沖處理降低了再結(jié)晶開始溫度。不同時長和不同頻率的電脈沖處理下試樣宏觀織構(gòu)為{001}110、{111}110和{111}112。隨時長的延長和頻率的增加,{111}110織構(gòu)轉(zhuǎn)向更為穩(wěn)定的{223}110織構(gòu),織構(gòu)與常規(guī)熱處理相似。對冷軋80%的試樣,當(dāng)固定頻率為300Hz,處理時長為15min時,進(jìn)行不同電流密度的電脈沖處理,隨電流密度升高,試樣組織逐步發(fā)生再結(jié)晶,電脈沖處理溫度較高時,對組織的影響主要是焦耳熱效應(yīng)。不同軋制變形試樣經(jīng)過電脈沖處理后,在軋制變形量較大時,更易發(fā)生再結(jié)晶,與常規(guī)熱處理相比,電脈沖處理獲得的再結(jié)晶細(xì)小晶粒更多。在不同電脈沖處理條件下,試樣中的組織與常規(guī)熱處理相同,都為鐵素體。在不同時長電脈沖處理下,隨時間的延長,力學(xué)性能得以提升,當(dāng)時長到20min時,抗拉強(qiáng)度達(dá)1297MPa,與原材料相比提升393MPa,與常規(guī)熱處理相比,抗拉強(qiáng)度提升155MPa,主要是電脈沖處理后析出納米相體積分?jǐn)?shù)更高。在不同頻率電脈沖處理下,隨頻率的升高,強(qiáng)度表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。在不同電流密度的電脈沖處理下,電流密度越低時獲得的力學(xué)性能越優(yōu)異。當(dāng)電流密度為41A/mm~2時,抗拉強(qiáng)度達(dá)1401MPa,與原材料相比,抗拉強(qiáng)度提升達(dá)524MPa,與常規(guī)熱處理相比,抗拉強(qiáng)度提升達(dá)171MPa。電脈沖處理顯著的降低等時長下時效峰值的溫度,其主要原因在于電脈沖促進(jìn)納米相的析出及長大。對不同軋制變形的試樣進(jìn)行電脈沖處理,獲得更低的屈強(qiáng)比,提升了材料的可靠性,同時有更高的加工硬化率,而常規(guī)熱處理下變形量的改變并不會影響屈強(qiáng)比值。在強(qiáng)度較高或變形量較大時,拉伸試樣中的斷口出現(xiàn)分層現(xiàn)象。對電脈沖處理和常規(guī)熱處理試樣進(jìn)行位錯密度表征,發(fā)現(xiàn)電脈沖作用下試樣的位錯密度低于常規(guī)熱處理,原因是在電脈沖處理過程中電子風(fēng)力及電遷移的存在,能促進(jìn)位錯的運(yùn)動。在不同頻率的電脈沖處理下,在頻率為400Hz時再結(jié)晶開始,與常規(guī)熱處理相比,再結(jié)晶溫度降低達(dá)65℃。在再結(jié)晶初始階段,基體中晶粒以變形晶粒為主,試樣中晶粒取向主要為[111]和[001]取向,新生再結(jié)晶小晶粒主要位于小角度晶界處,重合位置點(diǎn)陣以3晶界為主,在取向差分析中主要是小角度晶界角。微觀織構(gòu)以γ方向的織構(gòu)為主,其再結(jié)晶行為與常規(guī)熱處理再結(jié)晶初始階段相似。同時,電脈沖處理能夠促進(jìn)再結(jié)晶的進(jìn)程。
【圖文】：

第 1 章 緒論富銅納米相強(qiáng)化鋼合金元素的設(shè)計中，綜合考慮各元素的積極作用，低合金含降低了鋼的成本，使該鋼在應(yīng)用上更具經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合控軋控冷的加工技術(shù)及優(yōu)時效條件，可以使鋼獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。.3 富銅納米相強(qiáng)化鋼中富銅納米相的析出在不同的溫度下，Cu 在 Fe 基體中的固溶度有較大的差異，圖 1.1[19]是鐵銅二圖，從圖中可知，在 800～900℃時，Cu 在 Fe 中固溶度的原子最高達(dá) 2.7%，降低，固溶度大幅下降。在 800～900℃溫度范圍內(nèi)，，Cu 原子能大量的溶于 Fe從而形成過飽和固溶體，在較低溫度范圍內(nèi)，固溶于基體的 Cu 發(fā)生分解，從Cu 沉淀相。

Cu 元素和 Ni、Mn、Al 等元素共析出，如圖1.2 所示，這是一種受 Ni、Al、Mn 圍繞的、富 Cu 粒子存在于核心處的、同時在 Fe 基的界面上的殼層結(jié)構(gòu)。除了合金元素 Cu 外，在富銅納米相強(qiáng)化鋼中的合金元素對納米相的析出也具有重要影響[26]。在 Isheim[27]等人的研究中，富銅納米相的形成有形核和長大階段，納米相剛開始形核時，富銅納米相強(qiáng)化鋼中加入 Ni、Mn 等合金元素時會大量存在于納米相中，隨著時效時間的延長，納米相長大，大量聚集于納米相中和 Fe、Ni、Mn 等合金元素會逐漸排出減少，排出的合金元素偏聚在界面處，降低界面能。圖 1.2 在三維原子探針表征技術(shù)下納米相中的原子及成分分布圖[7]
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1;TG661

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2620955