奥氏体不锈钢高温拉伸过程中的不均匀变形

材料高温变形过程中会发生不均匀变形,甚至产生缺陷。通过高温拉伸卸载实验,分析304奥氏体不锈钢在变形温度为1150℃时不同卸载应变量下试样的表面形态。实验表明,随着应变量的增大,表面粗糙度逐渐增大。从试样宏观上看,当应变量较小时,尽管试样局部有明显的不均匀性,但仍保持着几何上的均匀性;当应变量较大时,演变为竹节形。在此基础上,提出高温拉伸过程的不均匀变形机制,即在拉伸变形初期形成一个变形集中区域,且不断的转移,从而形成试样轮廓上的凹陷,当应变较大时,变形会集中在某个区域内引起断裂。分析认为,奥氏体不锈钢在高温变形条件下,一旦出现应变集中区域,由于较高的应变速率强化性能,使应变集中区域变形抗力增大,阻止了该区域截面积的进一步减小,使应变集中区域发生转移。     

TA7钛合金板材高温拉伸变形

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对板厚为4 mm的TA7 ELI材料在变形温度为800、850、900、950和1000℃,应变速率为0.01 s^-1和0.001 s^-1下进行高温拉伸实验,获得材料发生超塑性变形的温度区间和应变速率范围。采用炉中高温拉伸实验对Gleeble实验结果进行验证。得出在950～1000℃范围内,应变速率低于0.001s^-1时,TA7 ELI钛合金高温拉伸会出现超塑性变形。伸长率最高可达260%。在应变速率0.001 s^-1、800℃时,TA7钛合金的断口组织中有动态再结晶现象。1000℃时,断口出现较为粗大的层片状α组织和明显的晶粒长大现象。m和n值都随着温度的升高而增大,在950℃时到达最大值。硬化现象能够有效的抑制颈缩,变形温度为950℃时,材料的硬化和软化达到较好的平衡,易获得较大的伸长率。     

应变速率对高氮奥氏体钢拉伸变形的影响

采用金相及透射电子显微镜对高氮奥氏体Fe-20Mn-19Cr-0. 6N钢在应变速率范围为3×10^-6～1 s^-1条件下的拉伸变形行为进行了研究。研究结果表明:N元素的固溶强化作用和促使位错平面滑移阻碍位错运动机制是高氮奥氏体钢的重要应变硬化机制,同时,随着应变速率的提升,这种强化机制不断提升,而应变诱导孪生机制不断削弱。随着应变速率的提升,高氮奥氏体钢的抗拉强度和屈服强度均呈逐步上升的趋势,断后伸长率则逐步下降。屈服强度提升超过60%,而抗拉强度提升仅10%。随着应变速率的提升,基体变形程度逐步下降,材料的位错密度和滑移带密度逐步下降。     

TC4合金高温拉伸变形力学行为与微观组织演变关联研究

基于TC4合金高温恒应变速率拉伸试验和微观组织观察,研究了工艺参数对TC4合金流动应力、应变速率敏感性指数、应变硬化指数和微观组织演变的影响规律,获得了TC4合金高温拉伸变形时宏观力学行为与微观组织演变的关联机制。结果表明:当变形温度为1123~1213 K、应变速率为0.1 s-1时,TC4合金的拉伸应变不超过0.7就会出现局部颈缩并导致开裂;当应变速率为0.01 s-1、变形温度为1183 K时,TC4合金的应变速率敏感性指数m值最大,归因于该变形条件下初生α相呈等轴状且较细小;当应变速率为0.01 s-1时,随着应变增加,应变硬化指数n值呈逐渐减小的趋势,归因于加工硬化和动态软化的共同作用;随着变形温度升高,初生α相由长条状转变为等轴状,随着应变速率增加,初生α相呈现出明显的取向性,不利于晶界滑动或旋转;应变对初始α相形貌和含量影响较小,但对次生α相影响显著。     

应变速率对DP780钢动态拉伸变形行为的影响

利用电液伺服高速试验机对DP780钢进行不同应变速率下的拉伸变形,结合SEM和TEM等手段,研究了应变速率对DP780钢拉伸性能及变形行为的影响规律及机制.结果表明,在较低应变速率(<10⁰ s^-1)条件下,随应变速率增加,DP780钢的强度、塑性等力学性能均未见显著变化.当应变速率超过10¹ s^-1后,DP780钢的强度和应变硬化指数n明显提高;塑性在3×10¹-5×10² s^-1范围内出现大幅度增加的现象.高应变速率的变形过程中,铁素体基体中位错运动速度加快,导致"近程阻力"增大,使DP780钢的变形抗力随应变速率的增加而增大.在应变速率达到3×10¹ s^-1之后,铁素体中可动位错数量的大幅度提高,是DP780钢均匀伸长率和断后伸长率在3×10¹-5×10² s^-1范围内得以明显增加的主要原因.DP780钢中的铁素体/马氏体界面是塑性变形过程中位错塞积、微裂纹形核及扩展的主要位置,而随应变速率的增加,铁素体基体中的形变强化程度增大,可降低铁素体基体与铁素体/马氏体界面之间塑性应变能差异,延缓铁素体/马氏体界面处微裂纹的形成和扩展,一定程度上提高了DP780钢非均匀塑性变形能力.     

固溶温度对Mn-N型双相不锈钢拉伸变形行为的影响

在Gleeble-3800热模拟试验机上进行了一种新型Mn-N合金化双相不锈钢的拉伸变形实验,获得了不同固溶温度下(1000～1200℃)不锈钢的力学性能及加工硬化规律。利用OM、SEM和EBSD等手段研究了固溶温度对钢的形变亚结构及断裂特征的影响,探讨了固溶温度影响加工硬化的机理。结果表明,随着固溶温度的升高,Mn-N合金化双相不锈钢屈服强度与抗拉强度均逐渐降低,而延伸率(均匀延伸率和断裂延伸率)则先升高后降低。其中,1100℃固溶时不锈钢的塑性最佳,均匀延伸率可达46.7%,且综合力学性能优异,强塑积达44.6 GPa·%。不同固溶温度下,不锈钢的加工硬化率随应变的增加均表现为开始时迅速下降,经再次升高后再下降的"三阶段"特征,但随着固溶温度的升高,加工硬化率升高的趋势减弱。Mn-N合金化双相不锈钢中奥氏体相发生了形变诱导马氏体相变,主要表现为γ→ε→α′和γ→α′2种演化机制,从而形成TRIP效应,使得加工硬化率升高、塑性增加,但较高的固溶温度会使马氏体转变受到抑制。不同固溶温度下,铁素体与形变诱导马氏体均表现出解理断裂特征,而残余奥氏体则主要为韧性断裂。经计算,随着固溶温度增加(1000～1200℃),奥氏体相的M_(d30)值从81℃降到38℃,即奥氏体稳定性增加,减弱了TRIP效应,进而导致不锈钢加工硬化和增塑效果降低。     

GH4169镍基合金板材高温拉伸性能研究

利用炉中高温拉伸设备对板厚为5 mm的GH4169镍基合金在7种测试温度(450～1 050℃),应变速率分别为0.01和0.001 s^-1时进行高温拉伸实验,获得材料在不同温度下的伸长率、屈服强度和抗拉强度,并对其高温拉伸变形行为进行分析,为该合金板材的高温拉伸成形制备和服役性能评估提供数据支持。结果表明,应变速率为0.001 s^-1,温度高于850℃时,GH4169镍基合金板材的伸长率随着温度的升高持续增大,在1 050℃时,伸长率最高可达112%,抗拉强度随着温度的升高持续减小,强度减小至66 MPa,仅为室温下的7.1%。应变速率为0.01 s^-1时,GH4169镍基合金板材的伸长率和抗拉强度变化具有相似的规律。温度低于800℃时,伸长率和抗拉强度随温度变化不大,保持了较高的强度;而随温度升高至850℃时,材料产生了明显软化现象,应变硬化指数(n)值随着温度的升高而减小,塑性变形量明显增大。     

增氮降镍对316奥氏体不锈钢高温拉伸性能的影响

利用Gleeble-1500D热模拟机对不同成分316奥氏体不锈钢分别在950、1000、1050、1100 ℃以0.05 s^-1的应变速率下进行高温拉伸试验,通过分析试验曲线、断口形貌、变形区以及未变形区组织,研究增氮降镍对试验钢高温拉伸性能的影响。结果表明,增氮降镍使单位截面的杂质偏聚数量上升,恶化了试验钢的断口形貌,从而降低了钢材的热塑性,断面收缩率平均下降了37.5%;增氮降镍使钢材的抗拉强度平均提高了42.5%。     

某新型粉末高温合金热压缩变形特性的研究

采用Gleeble-1500热模拟机研究了某新型粉末合金在变形温度为1070～1170℃、应变速率为5×10-4s-1～2×10-1s-1的热压缩塑性变形行为,分析了合金流变应力、应变速率、变形温度之间的关系。结果表明,该合金的真应力-应变曲线在高应变速率下(ε≥2×10-2s-1),呈现出典型的动态再结晶特征,低应变速率下(ε≤2×10-3s-1),呈现动态回复特征;热塑性变形流变行为可用包含Arrhenius项的Z参数描述;随着变形温度的提高,该合金的应变速率敏感指数值变化很小。     

冷变形及退火工艺对低温用奥氏体不锈钢组织性能的影响

采用冷轧试验、退火试验、组织观察及力学性能检测等手段,研究了冷变形及退火工艺对低温用304L奥氏体不锈钢组织性能的影响。结果表明,随着冷轧变形量的增加,冷轧态组织晶粒沿着轧制方向被拉长后被破碎,形变带的密度逐渐增加,冷轧态钢板的强度提高,伸长率下降。随着退火温度的升高,再结晶晶粒尺寸逐渐变大,1120℃以后晶粒长大趋势明显提升,退火态钢板的强度降低,伸长率提高。退火时晶粒长大表观激活能随着冷变形量的增加而提高,在低温退火时,随着冷轧变形量的增加,晶粒尺寸逐渐减小,强度提高,伸长率下降,高温退火时趋势正好相反。     

高氮无镍奥氏体不锈钢耐蚀性的研究

以常压下冶炼的高氮无镍奥氏体不锈钢为材料,经1150℃强烈塑性变形,轧制成2 mm厚的板材,将热轧后的板材进行1100℃、保温10 h、水淬的固溶处理。通过酸浸试验、极化曲线测试和盐雾腐蚀试验,并与1Cr18N i9Ti钢的耐蚀性进行比较。结果表明,冶炼高氮无镍奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性能。     

奥氏体不锈钢表面低温离子硬化处理后的亮化处理

奥氏体不锈钢表面低温离子硬化处理后,其表面覆盖了一层成分复杂、结合牢固的薄膜,不仅影响了不锈钢表面的外观质量,而且还影响到其表面的耐蚀性能.对奥氏体不锈钢低温离子渗碳的试样进行电化学亮化处理,并对亮化处理前后硬化层的表面形貌、表面粗糙度、组织结构、显微硬度及耐蚀性能做了比较.结果表明,虽然亮化处理后不锈钢表面硬化层的厚度和硬度略有减小,但却能显著提高其表面的耐蚀性能,表面较亮化处理前更加光滑,Ra由0.27μm减小到0.09μm.因此,在奥氏体不锈钢表面低温离子硬化处理后再进行一次表面亮化处理是十分必要的.     

新型高氮低镍奥氏体不锈钢点蚀性能研究

设计制备了新型高氮低镍奥氏体不锈钢（高氮钢）。采用阳极动电位极化法测量了此钢在不同浓度和不同pH值的NaCl溶液中的点蚀电位,获得了点蚀电位随溶液浓度及pH值变化的关系曲线,并与800H钢进行了对比。用扫描电镜（SEM）对样品表面进行了形貌观察,对点腐蚀坑处进行了线扫描,分析了高氮钢耐点蚀的机理。研究表明,在不同浓度和pH值的NaCl溶液中,高氮钢的点蚀电位达到1.2 V以上,800H钢的点蚀电位在0.3 V以下。扫描图显示腐蚀区域内,高氮钢的点蚀坑稀少且面积较小,800H钢的点蚀坑密集且面积较大。线扫描表明氮在腐蚀坑内的含量略有下降;氮在钝化膜/金属界面富集,形成NH₄⁺,并且抑制侵蚀性Cl^-的吸附是提高高氮钢耐蚀性的原因。     

节镍型高氮奥氏体不锈钢固溶处理加热过程中的组织演变

对节镍型高氮奥氏体不锈钢进行固溶处理,通过控制加热温度和保温时间,研究高氮奥氏体不锈钢组织的变化规律。结果表明,800℃保温1 h后微观组织中出现混晶,在变形组织的晶界处产生细小的动态再结晶晶粒。在900～1050℃,随温度的升高,再结晶晶粒数量增多,尺寸增大。保温时间的增长会导致晶粒逐渐长大。在1200℃保温,晶粒尺寸从保温0. 5 h时的70μm增长到保温1 h时的117μm,此时晶粒最为均匀。平均晶粒尺寸随时间的变化呈抛物线增长,符合Beck方程:D=105.1t^0.45。并根据试验得到试验钢的最佳热处理方式为1050～1200℃保温1 h。      

Carbide precipitation in austenitic stainless steel carburized at low temperature

Low-temperature gas-phase carburization can significantly improve the surface mechanical properties and corrosion resistance of austenitic stainless steel by generating a single-phase “case” with concentrations of interstitially dissolved carbon exceeding the equilibrium solubility limit by orders of magnitude. Upon prolonged treatment, however, carbides (mostly χ, M₅C₂) can precipitate and degrade the properties. High-resolution and spatially resolved analytical transmission electron microscopy revealed the precise carbide–austenite orientation relationship, a highly coherent interface, and that precipitation only occurs when (i) the carbon-induced lattice expansion of the austenite has reached a level that substantially reduces volume-misfit stress and (ii) diffusional transport of nickel, chromium, and iron – enhanced by structural defects – can locally reduce the nickel concentration to the solubility limit of nickel in χ-carbide.     

Characterization of friction stir welded joint of low nickel austenitic stainless steel and modified ferritic stainless steel

Friction stir welding (FSW) of dissimilar stainless steels, low nickel austenitic stainless steel and 409M ferritic stainless steel, is experimentally investigated. Process responses during FSW and the microstructures of the resultant dissimilar joints are evaluated. Material flow in the stir zone is investigated in detail by elemental mapping. Elemental mapping of the dissimilar joints clearly indicates that the material flow pattern during FSW depends on the process parameter combination. Dynamic recrystallization and recovery are also observed in the dissimilar joints. Among the two different stainless steels selected in the present study, the ferritic stainless steels shows more severe dynamic recrystallization, resulting in a very fine microstructure, probably due to the higher stacking fault energy.     

一种含铝奥氏体不锈钢的高温氧化行为

采用称量法研究了新型Cr21Ni35NbAl合金分别在700 ℃、800 ℃和900 ℃空气中的静态氧化行为,并绘制其高温氧化动力学质量增加曲线。结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）对高温氧化膜层的形貌及结构进行表征。结果表明：新合金的高温氧化动力学质量增加曲线遵循抛物线规律,700 ℃氧化膜主要为(Fe0.6Cr0.4)2O3和少量Al2O3;800 ℃氧化膜较为复杂,主要为Al2O3、(Al0.9Cr0.1)2O3和少量Fe(Cr, Al)2O4;900 ℃时氧化膜主要为Al2O3和少量(Al0.9Cr0.1)2O3。