本文關鍵詞：深冷后SMAT對AISI301不銹鋼顯微組織與力學性能的影響

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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,以提高材料綜合機械性能為目的,采用深冷處理(CT)技術作為前置工藝和表面機械研磨處理(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不銹鋼顯微組織結構的影響,測試和分析AISI301不銹鋼在不同處理和不同時間后的力學性能差異,此外,還對深冷處理AISI301不銹鋼對其性能的影響進行了分析,在深冷后梯度納米結構化的機理進行了針對性的研究。具體研究結論如下:(1)運用深冷技術處理AISI301不銹鋼,其顯微組織由殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體,同時包括拉伸性能、應變硬化性能、斷裂功等機械綜合性能方面獲得了不同程度的提升。具體內容是:經深冷處理24h后未發(fā)現原始態(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,而奧氏體形態(tài)發(fā)生變化導致其衍射峰中既有增強也有減弱,在深冷處理7d以后,其組織發(fā)生了更加嚴重的馬氏體滑移。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%),屈服強度由251MPa提高至475.7MPa(189%),抗拉強度由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構和馬氏體梯度,且機械綜合性能隨著SMAT處理時間的延長提升。具體內容是:表層馬氏體碎化程度最為嚴重,且塑性變形程度隨厚度方向而逐漸減小,雙側變形層厚度約為400μm,從XRD數據中發(fā)現表層奧氏體向馬氏體轉變程度隨SMAT處理時間的延長加深,在進行15min和30min的SMAT處理后,馬氏體體積分數分別為52%和45%。力學性能方面,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%。其屈服強度與抗拉強度均隨被處理時間延長而提高,SMAT處理30min后,屈服強度251MPa提升了704MPa(280%)和抗拉強度有1166MPa提升了426MPa(36%),相應的延伸率有所下降。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,最終導致第IV階段的加工硬化率在此時反而降低。在斷裂方面,經SMAT處理后因強度提升而喪失部分斷裂韌性,斷裂功由34315KJ/m3降低至24273KJ/m3,斷裂機制由韌性斷裂→準解理斷裂→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以減少因強度提高導致塑性的喪失,再采用SMAT技術處理深冷后的AISI301不銹鋼形成梯度納米結構,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構。
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.71

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