等径角挤压变形奥氏体不锈钢的结构演化和力学性能及应用研究
等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing-ECAP)是制备块体纳米金属材料的重要方法之一。不同层错能的金属在ECAP过程中表现出不同的变形行为和力学特性。本论文以铸态及锻态二种304L奥氏体不锈钢为试验材料，进行了室温、高温的多道次的ECAP，并进行了ECAP试样的再结晶退火研究。深入分析和讨论了ECAP过程中304L奥氏体不锈钢的结构演化、ECAP变形条件下的形变孪生行为及马氏体相变；研究了ECAP过程中力学性能变化及退火工艺对ECAP试样的组织与性能影响以及回复与再结晶机制。 经室温8道次挤压后，实现了奥氏体不锈钢的组织纳米化，得到两种纳米晶结构：(1)α<''1>马氏体纳米晶，平均晶粒尺寸～74 nm；(2)γ奥氏体纳米晶，平均晶粒尺寸～31 nm。马氏体纳米晶形成机制：(a)剪切带对初始大晶粒的分割；(b)连续的应变诱发γ→ε→α′和γ→α′马氏体相变；(c)形成的马氏体以位错细化机制分割晶粒；(d)形成随机取向的纳米晶。奥氏体纳米晶形成机制：(a)剪切带对初始大晶粒的分割；(b)形成大量层错和形变孪晶，孪晶板条在随后挤压过程中断裂或二次孪生而细化，以及奥氏体滑移带相互交割而细化；(c)形成随机取向的纳米晶。 ECAP过程中产生的形变孪晶主要有二类：一类是孪生方向与剪切方向基本相同的大块孪晶，孪生机制是极轴机制；另一类是与剪切方向有一定角度的、剪切带内和宽孪晶板条内形成的带状孪晶。孪生变形主要发生在剪切带及其交汇处，孪晶变形由剪切带内很高的应力集中所激发，是应变局部化的结果。纳米晶(≤100 nm)的孪生机制为晶界发射Shockley分位错机制，孪生形核于晶界，并通过相邻{111}滑移面上连续发射Shockley分位错长大，带宽(剪切带和宽孪晶板条)≤300nm的孪生机制也可以是晶界发射机制。 γ→ε转变以层错的无序叠加方式进行，并与孪晶共生；马氏体相变以γ→ε→α′和γ→α′二种方式进行，ε属于过渡相，在转变过程中起中介作用。在γ→ε→α′转变过程中，α′、ε和γ之间保持取向关系：{111}<,γ>//{0001)<,ε>//{001})<,α>，<110><,γ>/<1120><,ε>//<111><,α′>。γ→α′转变有两种方式：应力协助马氏体转变和应变诱发马氏体转变。应力协助α′马氏体倾向于在孪晶或ε马氏体区形核，通过吞噬孪晶板条或ε片层长大；应变诱发α′马氏体形核于变形孪晶或ε马氏体片层的相互交割处。两种γ→α′转变方式下，α′马氏体与γ基体之间均保持K-S关系：{011}<,α>．//{111}<,γ>，<111><,α>．//<110><,γ>。采用ECAP+再结晶退火工艺，可以获得超细组织的奥氏体不锈钢(2～5um)。铸态组织通过ECAP+高温固溶工艺，可以获得与锻态相同的组织与性能，有可能实现铸锭的开坯。 在退火过程中，低层错能的奥氏体不锈钢可以发生多变化过程以及形成位错胞过程。亚晶的形成与长大：(a)形变带→带内位错胞→亚晶；(b)形变带→高密度位错形变带界面→多边化→位错墙→亚晶。亚晶以晶界凸出机制迁移及合并机制生长。再结晶形核与生长：亚晶的不断长大形成再结晶晶核，晶核以凸出机制迁移长大。凸出机制从微观上看是台阶长大机制，合并机制从宏观上看是晶粒转动机制。这二种机制是亚晶长大与再结晶晶核生长的基本机制。形变孪晶和层错的消失，以及退火孪晶的长大可以发生在回复阶段，以凸出机制和合并机制进行的。
- 作者：
- 杨钢
- 学位授予单位：
- 钢铁研究总院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 陈其安
- 中图分类号：
- TG337.5
- 关键词：
- 等径角挤压变形；孪生变形；马氏体相变；力学性能；纳米晶粒；超细组织；再结晶退火；奥氏体不锈钢
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